摘要
从国内和国外两方面考虑，开发一种摆渡飞船平台来供陆地起降的飞机水上起降是很有必要的，本文提出了一种“微型航母”的概念，利用一架摆渡飞船（一种能实现水面起降的无人机），当陆地起降的飞机需要降落在水面时，摆渡飞船会在水面起飞，在空中与飞机实现自动的交会对接，组合为一架具备水面起降功能的复合体降落在水面，然后靠岸或者靠舰，实现飞机的回收；当需要在水面起飞时，复合体在水面滑跑起飞，然后在空中两机分离。 与航母技术相比，“微型航母”技术将具备超低的成本，良好的隐蔽性和机动性的优势；与传统水上飞机相比，陆地起降的飞机在续航能力、飞行高度、机动性方面的优势得到完全保留。针对摆渡飞船的功能性外形设计，以及水动力学、气动力学性能数值模拟等关键环节，全文的主要研究内容及结论如下： 根据摆渡飞船的功能需求，设计出摆渡飞船的水动和气动外形，使其具备水面起降，以及与飞机进行交会对接的能力。 根据CFD基本理论，以及本研究的需求，选定可实现的K-Epsilon两层模型作为本研究的湍流模型；从多相流模型理论出发，选用流体域体积（VOF）方法对摆渡飞船水中航行时的自由液面进行模拟和追踪；采用切割体网格进行网格划分，并对仿真模型、自由液面、尾流、近壁处等关键部位进行网格加密处理，更加精确地捕捉流体特征。 利用STAR-CCM+软件，建立摆渡飞船的CFD仿真模型，并利用船舶的水池拖拽试验结果，对仿真模型进行对标，仿真结果和试验结果偏差为1.725%;仿真研究结果表明，水翼结构能为摆渡飞船提供较大的水动升力，从而抬升船体，减小摆渡飞船与水的接触面积，减小水动阻力，大幅度提高摆渡飞船在水中滑行的升阻比，水翼的迎角存在一个最优值10°，此时摆渡飞船在水中的升阻比获得最大值；在12m/s速度下，当摆渡飞船的飞行高度与翼展之比等于0.05时，摆渡飞船的升力比高空飞行的升力提高4.859N，升阻比提高1.303，存在明显的地面效应，在水面比较宽阔的情况下，尽量安排在近水面处实现交会对接，这样可以提高摆渡飞船的承载能力；在本文所采用的断阶尺寸下（断阶高度是浮筒高度的1/4），不管在空中还是水中，断阶结构都会增大前进阻力，降低升阻比。
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