海洋时代,正乘风破而来。地效飞行器在维护国家海洋安全、提高海陆交通运输能力、加强近海巡逻反潜、救援森林火灾等领域扮演着重要的角色,这对地效飞行器波浪水面地效区飞行性能提出了更高的要求,而目前国内外对该领域研究较少且考察变量单一。为进一步掌握不同波浪环境、飞行状态及螺旋桨滑流等因素对地效飞行器气动性能的影响,对地效飞行器水气两相流地面效应数值仿真研究具有重要意义及一定的工程应用前景。本文主要研究内容包括:(1)本文在计算流体力学和波浪理论的基础上,运用有限体积法求解非定常不可压缩RANS方程,首先对本文采用的VOF液面捕捉法、滑移网格法、整体动网格法、多重参考系模型法、速度入口造波法等进行算例验证;算例涵盖从二维NACA4412翼型、楔形体到三维DLR-F6翼身组合体、从刚性地面到刚性波浪地面、从两相流静水面到两相流波浪水面等,计算结果与相关试验数据对比,且均得到满意结果;(2)重点研究地效飞行器缩比/实机模型在刚性规则波浪地面及两相流规则波浪水面地效区飞行过程,考察攻角、波浪位置、是否带动力系统对机体气动性能的影响,掌握流场分布变化规律。结果表面:各波浪计算条件所得升阻比均与规则波浪呈现相似的正弦曲线周期性变化,在机体上坡阶段(波谷-下行速度-波峰),飞行高度相对减小,升阻比下降,气动力性能相对减弱;随着机体与波浪间隙的减小或攻角的增大,增升效果显著;(3)重点研究地效飞行器实机模型在两相流不规则波浪水面地效区飞行过程,考察攻角、波浪位置、飞行高度及是否带动力系统对机体气动性能的影响。结果表面:当地效飞行器近不规则波浪水面飞行时(H/C<1),螺旋桨滑流与地面效应相互作用,更有助于提高飞行器的飞行性能;当H/C≥1时,机体与水面间隙过大,地面效应对飞行器飞行性能的影响微弱,即当H/C≥1时,可忽略地面效应的影响。