W. Milewski, B. Connell, B. PetersenD. Kring

孫新 編譯

氣墊船動力學ACVSIM模型的初步驗證（四）

W. Milewski, B. Connell, B. Petersen1D. Kring2

孫新 編譯

（1Applied Physical Sciences Corporation，2Flight Safety Technologies, Inc.）

人們對改進氣墊載具的耐波性動力學預測能力重新產(chǎn)生了興趣。這導致了第一原理數(shù)值模擬模型ACVSIM (Milewski等人，2007)的發(fā)展，該模型集成了氣墊和裙擺動力學模型與基于高階樣條的流體動力學邊界元模型。本文概述了ACVSIM最近的改進，以及使用2007年秋季獲得的基線深裙作為模型尺度的LCAC進行初始驗證研究的結果。該仿真工具提供了研究設計、修改產(chǎn)生影響的能力，以及模型載具縮放問題與多耦合物理系統(tǒng)的問題。

圖12:描述中等振幅波中的壓力、流動路徑和外部作用力的示意圖

最后，圖13顯示了一個具有大振幅波的極端情況，這可能是猛烈撞擊事件的前兆。囊的一部分與自由表面接觸，在波峰附近的局部區(qū)域關閉了進入氣墊的氣流。外力是作用在囊體上的阻力和浮力。

圖13:顯示在大振幅波中工作時的壓力、流動路徑和外力的示意圖

采用IBM波浪方程緩沖模型對裙擺模型進行了初步試驗，模擬了柔性裙擺在剛性邊界上無前進速度運行時的自由響應。計算是為了簡化ACV幾何形狀，如圖14所示，其尺寸和慣性特性類似于全尺寸LCAC值。在這個特殊的研究中，只有一個自由度用于裙擺運動，這樣所有的四個方向都一致響應。

圖14:用于裙子研究的典型ACV幾何體

通過改變?nèi)箶[柔度來探討其對無舵載具響應的影響，特別是氣墊壓力初始設定為大氣壓釋放后，氣墊固有頻率和載具平均垂蕩位移的影響。我們引入了無量綱參數(shù)。

這是氣墊和裙擺相對剛度的測量值，對于剛性裙擺為零。隨著裙子的順應性提高，Kr也在增加。圖15顯示了自由衰減模擬中垂蕩響應隨撓度變化的時間歷程。結果表明，隨著裙擺柔度的增加，垂蕩位移增大，氣墊固有頻率減小。歸一化后的固有頻率和平均垂蕩位移如圖16所示。這些觀察結果與我們對理想氣墊動力學的分析研究的結論是一致的，該研究表明裙邊阻抗強烈影響諧振頻率和腔的模態(tài)形狀(Pollack等，2007)。

我們計劃在不久的將來擴展裙子模型，使用更多的每邊自由度來表示裙子變形的連續(xù)分布。

圖15:采用柔性裙模型的自由響應模擬的升沉位移

圖16:帶有柔性裙擺的ACV緩沖固有頻率和平均位移。這兩個量都由剛性裙的值歸一化。

5 與模型比例的拖槽數(shù)據(jù)比較

在本節(jié)中，我們將介紹ACVSIM的初始驗證。將LCAC的1/12比例模型的數(shù)據(jù)與基線深裙進行比較。這些測試于2007年9月至12月在NSWCCD中進行(Ricci等人，2008年)。我們的研究重點是振蕩試驗、靜水試驗、小振幅波(H/λ=1/80)的常規(guī)波浪試驗，以及海況3和4的航向試驗。

5.1 數(shù)值模型描述(輸入數(shù)據(jù))

圖17顯示了驗證研究中使用的單緩沖和雙緩沖配置。采用三維CAD模型，將幾何圖形作為B-spline曲面直接導入ACVSIM?；練鈮|和裙型的典型配置是單緩沖配置；只需要甲板面和裙面。雙緩沖配置包括橫向密封的附加表面，內(nèi)指和外囊。后兩個組件是需要中到大波和更先進的氣墊和裙型。在本文的模擬中只使用了甲板面、裙面和橫向密封。這兩個CAD模型是由LCAC基線深裙的三維圖紙推導出來的，并做了如下修改。首先，內(nèi)指和外指被建模為每一節(jié)裙子的一個表面。之所以做出這種近似，是因為我們關注于圍裙對載具運動的全局影響和計算的效率。在ACVSIM中，單個手指的局部分析可以用來調(diào)整圍裙的力學性能。其次，代表手指和橫向密封的曲面的底部被擴展，以確保與自由曲面的有效相交。在每個時間步長跟蹤物理底部，以便我們可以評估手指與自由表面之間的間隙面積。

圖17:驗證研究中使用的單緩沖和雙緩沖配置的CAD模型

除非另有說明，否則本節(jié)中顯示的結果來自使用模型尺寸和設計重量下的操作條件的模擬。在下文中，升沉為正向上，俯仰為正向下俯仰。

（未完待續(xù)）