三體船型阻力預(yù)報(bào)、優(yōu)化與系列性試驗(yàn)分析研究.pdf

1、自從船舶誕生以來(lái),提高航速和節(jié)能就成為人們孜孜以求的重要目標(biāo)之一。二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì),這已成為不爭(zhēng)的事實(shí),加強(qiáng)對(duì)近、遠(yuǎn)海的控制,維護(hù)海洋利益逐漸成為各海洋大國(guó)的戰(zhàn)略需求與競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo),海洋開(kāi)發(fā)、海上運(yùn)輸、機(jī)動(dòng)反應(yīng)等都與船舶航速密切相關(guān),各國(guó)普遍認(rèn)為本世紀(jì)軍民用艦船發(fā)展的重點(diǎn)是高速化。三體船型具有比常規(guī)高速單體船和許多其他高性能新船型優(yōu)越的多種特點(diǎn),近年來(lái)受到各國(guó)造船界的普遍關(guān)注,軍民用三體船型的研制正成為熱點(diǎn),并已有多艘艦船建成投入使用

2、。發(fā)展三體船型也是當(dāng)前高度關(guān)注的海上運(yùn)輸節(jié)能減排需要之一。
　　 三體船在水動(dòng)力性能和總體等方面具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。但是,兩側(cè)片體的引入也使得其周圍的流場(chǎng)變得十分復(fù)雜,在船體阻力中增加了片體間干擾的成份。影響三體船阻力性能的因素不僅有側(cè)體的水動(dòng)力布局,也有中、側(cè)體的船型、主尺度參數(shù),以及側(cè)體排水體積比等。在解決三體船的船型與布局問(wèn)題時(shí),不僅需要考慮三體船的興波阻力,也要考慮它的摩擦阻力、流動(dòng)阻塞效應(yīng)影響等。本文重點(diǎn)考察船體的阻

3、力性能與三體船船型、主尺度參數(shù)及其側(cè)體布局等因素之間的關(guān)系。
　　 首先,采用改進(jìn)的Noblesse新細(xì)長(zhǎng)船理論、加入基元波波陡限制條件的流體力學(xué)計(jì)算方法,對(duì)三體船型的阻力性能作數(shù)值計(jì)算,為解決實(shí)際三體船型研制問(wèn)題,基于具體項(xiàng)目以兩艘不同側(cè)體形式的三體船和一艘經(jīng)過(guò)船型優(yōu)化的三體船的九種側(cè)體布局方案作為算例,進(jìn)行三體船的阻力計(jì)算,并與相應(yīng)的模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示,理論預(yù)報(bào)與模型試驗(yàn)結(jié)果相符很好,數(shù)值方法可以準(zhǔn)確計(jì)算出三體

4、船的阻力,正確反映出側(cè)體船型及其位置變化對(duì)三體船阻力的影響規(guī)律。
　　 其次,用非線性規(guī)劃優(yōu)化方法與三體船興波阻力計(jì)算方法相結(jié)合的、對(duì)給定構(gòu)形和主尺度參數(shù)的高速三體船有約束的船型優(yōu)化算法優(yōu)化三體船型,并依據(jù)優(yōu)化前后的船體型線加工制作了模型,在水池中進(jìn)行拖曳阻力試驗(yàn),結(jié)果表明,與母型船相比,優(yōu)型船在高佛汝德數(shù)下的阻力性能得到了明顯改善,其剩余阻力系數(shù)及實(shí)船有效功率均有明顯的降低,從而驗(yàn)證了該優(yōu)化方法應(yīng)用于高速三體船型優(yōu)化的可行性。

5、
　　 隨后,針對(duì)優(yōu)化后的三體船型,進(jìn)行了靜水阻力系列模型試驗(yàn),系列試驗(yàn)的參數(shù)變化涉及三體船布局、中體長(zhǎng)寬比、側(cè)體排水體積比以及側(cè)體船型變化等。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)分析了三體船的阻力成分、剩余阻力系數(shù)曲線的特征以及三體船布局、側(cè)體船型、三體船主參數(shù)與船體間興波干擾的關(guān)系。通過(guò)分別進(jìn)行三體船中體和僅由一對(duì)側(cè)體所形成的雙體船型兩個(gè)船模的阻力試驗(yàn)和分析,將二者阻力相加,作為原三體船型的對(duì)應(yīng)“無(wú)干擾三體船型”的阻力,探討三體船“無(wú)干擾阻

6、力”和“有干擾阻力”之間的關(guān)系,對(duì)形成“有利”與“不利”興波干擾的三體船布局方案及航速范圍進(jìn)行了討論。然后將三體船模型阻力試驗(yàn)結(jié)果換算到實(shí)船,同阻力性能較好的圓舭、深V型單體船進(jìn)行比較,分析三體船的阻力特性與所適合的航速范圍等。
　　 最后,將上述由系列性船型參數(shù)變動(dòng)模型試驗(yàn)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作整理、歸納和分析,繪制完成了工程實(shí)用范圍內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)體高速三體船剩余阻力系數(shù)與船體主參數(shù)、航速Fn之間的關(guān)系圖譜,該圖譜可作為相近船型方案設(shè)計(jì)