气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（四）

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

孙新 编译

气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（四）

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

孙新 编译

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

人们对改进气垫载具的耐波性动力学预测能力重新产生了兴趣。这导致了第一原理数值模拟模型ACVSIM (Milewski等人，2007)的发展，该模型集成了气垫和裙摆动力学模型与基于高阶样条的流体动力学边界元模型。本文概述了ACVSIM最近的改进，以及使用2007年秋季获得的基线深裙作为模型尺度的LCAC进行初始验证研究的结果。该仿真工具提供了研究设计、修改产生影响的能力，以及模型载具缩放问题与多耦合物理系统的问题。

图12:描述中等振幅波中的压力、流动路径和外部作用力的示意图

最后，图13显示了一个具有大振幅波的极端情况，这可能是猛烈撞击事件的前兆。囊的一部分与自由表面接触，在波峰附近的局部区域关闭了进入气垫的气流。外力是作用在囊体上的阻力和浮力。

图13:显示在大振幅波中工作时的压力、流动路径和外力的示意图

采用IBM波浪方程缓冲模型对裙摆模型进行了初步试验，模拟了柔性裙摆在刚性边界上无前进速度运行时的自由响应。计算是为了简化ACV几何形状，如图14所示，其尺寸和惯性特性类似于全尺寸LCAC值。在这个特殊的研究中，只有一个自由度用于裙摆运动，这样所有的四个方向都一致响应。

图14:用于裙子研究的典型ACV几何体

通过改变裙摆柔度来探讨其对无舵载具响应的影响，特别是气垫压力初始设定为大气压释放后，气垫固有频率和载具平均垂荡位移的影响。我们引入了无量纲参数。

这是气垫和裙摆相对刚度的测量值，对于刚性裙摆为零。随着裙子的顺应性提高，Kr也在增加。图15显示了自由衰减模拟中垂荡响应随挠度变化的时间历程。结果表明，随着裙摆柔度的增加，垂荡位移增大，气垫固有频率减小。归一化后的固有频率和平均垂荡位移如图16所示。这些观察结果与我们对理想气垫动力学的分析研究的结论是一致的，该研究表明裙边阻抗强烈影响谐振频率和腔的模态形状(Pollack等，2007)。

我们计划在不久的将来扩展裙子模型，使用更多的每边自由度来表示裙子变形的连续分布。

图15:采用柔性裙模型的自由响应模拟的升沉位移

图16:带有柔性裙摆的ACV缓冲固有频率和平均位移。这两个量都由刚性裙的值归一化。

5 与模型比例的拖槽数据比较

在本节中，我们将介绍ACVSIM的初始验证。将LCAC的1/12比例模型的数据与基线深裙进行比较。这些测试于2007年9月至12月在NSWCCD中进行(Ricci等人，2008年)。我们的研究重点是振荡试验、静水试验、小振幅波(H/λ=1/80)的常规波浪试验，以及海况3和4的航向试验。

5.1 数值模型描述(输入数据)

图17显示了验证研究中使用的单缓冲和双缓冲配置。采用三维CAD模型，将几何图形作为B-spline曲面直接导入ACVSIM。基本气垫和裙型的典型配置是单缓冲配置；只需要甲板面和裙面。双缓冲配置包括横向密封的附加表面，内指和外囊。后两个组件是需要中到大波和更先进的气垫和裙型。在本文的模拟中只使用了甲板面、裙面和横向密封。这两个CAD模型是由LCAC基线深裙的三维图纸推导出来的，并做了如下修改。首先，内指和外指被建模为每一节裙子的一个表面。之所以做出这种近似，是因为我们关注于围裙对载具运动的全局影响和计算的效率。在ACVSIM中，单个手指的局部分析可以用来调整围裙的力学性能。其次，代表手指和横向密封的曲面的底部被扩展，以确保与自由曲面的有效相交。在每个时间步长跟踪物理底部，以便我们可以评估手指与自由表面之间的间隙面积。

图17:验证研究中使用的单缓冲和双缓冲配置的CAD模型

除非另有说明，否则本节中显示的结果来自使用模型尺寸和设计重量下的操作条件的模拟。在下文中，升沉为正向上，俯仰为正向下俯仰。

（未完待续）