● 摘要
航空母舰是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰船，其任务决定了它要经常在大洋中航行，大洋中常出现的恶劣海况会引起航母的横摇、纵摇和垂荡等运动，严重地影响舰载机在甲板上的起降安全性，因此开展航母的耐波性研究具有重要的工程应用价值。鉴于此，本文采用CFD数值模拟手段研究航母在波浪水面航行时的纵摇和垂荡运动，主要内容和成果如下。首先，开展了数值造波方法研究。采用VOF方法捕捉自由水面，分别采用源项造波法、推板造波法和边界造波法建立了数值波浪水池；研究了网格尺寸对波浪幅值沿程衰减的影响规律，发现波浪衰减对垂直于水面的网格尺寸的敏感度远大于平行于水面的网格尺寸；最后给出了一种沿程衰减十分微弱的数值波浪水池。其次，开展了数值方法的验证。针对国际标准船模DTMB5415，采用VOF方法捕捉自由水面，对其在平静水面航行的水气两相流场进行了数值模拟，计算得到的阻力系数和水面波形与实验结果吻合较好，表明本文计算方法的准确性。最后，开展了美国“企业号”航母在波浪环境下的动力学与二自由度运动学耦合计算研究。在四级海况下，给出了航母在顶浪航行过程中受到的水动力、气动力以及纵摇和垂荡运动的时间历程，并分析了航母运动对舰载机起飞着舰轨线附近气流分布的影响，从而为舰载机起飞着舰安全性研究提供了基础。