考虑航行姿态变化的高速船阻力性能预报

为了精确获取高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响,基于CFD理论,通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,直至船体受力与航行姿态处于动态平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。数值计算结果可以为船舶设计工作者辅助船体型线设计提供参考,具有重要的工程应用价值。     

考虑航行姿态变化的的高速船阻力性能预报

为了精确获得高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响。基于CFD理论,本文通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,最终达到平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。船舶设计工作者可以参考数值计算结果辅助船体型线设计,其具有重要的工程应用价值。     

考虑粘性和航态影响的单体复合船型运动预报

理论与试验研究表明,单体复合船型可以大幅提升舰船耐波性但对其静水阻力影响不大.如何准确预报该船型的运动性能一直是人们关心的问题.文中采用STF法预报深V船型与深V单体复合船型的纵向运动,研究表明,由于传统切片法基于势流理论,无法反映出复合船型组合附体的粘性效应,因此预报结果与试验结果有很大偏差.文中提出采用考虑枯性的CFD软件Fluent计算带有组合附体部分船体剖面的水动力系数,采用RANS方法计算组合附体的升力系数,同时考虑高速时船体航行姿态的影响进行修正.结果表明文中采用的预报方法可以有效提高单体复合船型运动预报精度.     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

非对称双体船布局优选研究

本文基于CFD技术,对一种新船型–非对称双体船在不同片体尺寸以及布局下置于静水中航行时的运动响应进行计算模拟。通过CFD方法预报并讨论了非对称双体船的运动特点,通过势流方法计算了非对称双体船的兴波阻力,综合阻力以及航行姿态等因素对非对称双体船的布局进行优选并与常规双体船进行对比。研究表明,片体的布局差别会对非对称双体船的阻力及航行姿态产生很大影响,通过分析得出了综合性能优良的非对称船型布局方案。根据模拟结果分析了此种新船型的运动特点,可为非对称船型的发展提供参考。     

新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

[目的]为了将高速与高耐波性能相结合,上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型,目前已发展出单体、双体和三体船型。[方法]介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点,并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。[结果]数值水池实验结果表明,高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态,船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。[结论]展示了多种创新的船舶设计方案,可为研究人员提供定量和定性的参考。     

一种计及姿态变化的船舶阻力预报方法

对于航行于水面的舰船,船体姿态会随着航速的增加在航行中发生明显变化,这种姿态变化后的阻力较通常计算的以约束模型为基准的阻力预报是有明显差别的。采用CFD方法实现了以KCS船为模型进行模型自由状态下的阻力预报,并和相关实验数据进行了比较。结果表明,该方法避免了由于船体运动造成流场网格扭曲与计算发散等问题,具有良好的稳定性。另外,该方法充分考虑了船体姿态的影响,计算结果令人满意。     

大方尾三体船型阻力及航态预报

现代船舶无论是单体船型还是多体船型,方尾都得到了广泛的运用,尤其对于三体船型,其多为喷水推进系统,船型设计时主体大多采用了较大方尾的设计。方尾船型在航行过程中,方尾后流场及出水情况随航速不断变化,这也一直是方尾船型阻力预报过程中的重点与难点。基于改进后的近场兴波方法,并对方尾后区域采取特殊处理,结合近水面网格快速划分的方法,对方尾船型的兴波阻力及航行姿态进行预报。得到不同航态下湿表面积后,预报船体总阻力。结合经验公式对低航速下的方尾静水力进行估算。以具有较大方尾的某三体船型为例进行计算,并将计算结果与实验值及部分软件参考结果进行对比,证明了理论方法可行有效。     

4000t级单体深V复合船型阻力及耐波性能

单体复合船型是基于减纵向运动组合附体技术研发的高耐波性船型。基于性能优良的圆舭船型进行深V船型线型设计,再应用减纵摇组合附体技术,生成深V单体复合船型,使其耐波性得到大幅提高的同时对静水阻力影响较小。本文基于某四千吨级圆舭船型,经过深V改造生成深V主船体,并设计匹配的首部组合附体和尾板,生成四千吨级单体深V复合船型。通过合理的主船体和附体构型设计和水动力布局,有效降低深V船型兴波阻力。经模型试验验证表明该单体深V复合船型对静水阻力影响不大,耐波性得到大幅提升。     

不对称船型斜向航行阻力性能仿真与试验研究

能够以一定偏角(船舶纵轴线与航行轨迹切线间的夹角)斜向航行的非对称船型,是国外近年提出的一种新船型,在多种海洋工程作业中有着得天独厚的优势,具有广阔的应用前景。本文通过数值模拟和船模实验方法对一型非对称船型的不同航向的阻力性能进行了研究,计算了其不同斜向航行偏角下的阻力,以获得阻力系数随斜向航行偏角变化的关系,并依据计算结果得到斜向航行角度大于30°时,船体迎流段对黏压阻力的影响将超过去流段的结论,为今后该类船舶的设计提供参考。     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段刚体运动试验研究

对舰船舱段在水下爆炸球面冲击波作用下的刚体运动速度进行预报。以炸药在舱段中部正下方爆炸的工况为研究对象,将舱段简化为平板模型,计及流场对舱段运动时附加质量的影响,提出一种计算船体舱段在球面冲击波的作用下刚体运动响应的方法,对比舰船实尺度舱段水下爆炸试验结果,验证该方法的正确性。结果表明:舰船舱段整体受到冲击波的最大压力时刻比冲击波到达峰值压力的时间有一定的延迟,在冲击波压力趋于零时舱段刚体运动速度达到峰值。     

Evaluation of added resistance in regular incident waves by computational fluid dynamics motion simulation using an overlapping grid system

A computational fluid dynamics simulation method called WISDAM-X was developed to evaluate the added resistance of ships in waves. The Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equation was solved by the finite-volume method and a MAC-type solution algorithm. An overlapping grid system was employed to implement rigorous wave generation, the interactions of ships with incident waves, and the resultant ship motions. The motion of the ship is simultaneously solved by combining the solution of the motion of the ship with the solution of the flow about the ship. The free surface is captured by treatment by the density-function method. The accuracy of WISDAM-X is examined by a comparison with experimental data from a container carrier hull form, and shows a fairly good agreement with respect to ship motion and added resistance. Simulations were also conducted for a bow-form series of a medium-speed tanker to examine the effectiveness of the WISDAM-X method as a design tool for a hull form with a smaller resistance in waves. It was confirmed that the WISDAM-X method can evaluate the added resistance with sufficient relative accuracy and can be used as a design tool for ships.     

Prediction of ship steering capabilities with a fully nonlinear ship motion model. Part 1: Maneuvering in calm water

This paper introduces a new method for the prediction of ship maneuvering capabilities. The new method is added to a nonlinear six-degrees-of-freedom ship motion model named the digital, self-consistent ship experimental laboratory (DiSSEL). Based on the first principles of physics, when the ship is steered, the additional surge and sway forces and the yaw moment from the deflected rudder are computed. The rudder forces and moments are computed using rudder parameters such as the rudder area and the local flow velocity at the rudder, which includes contributions from the ship velocity and the propeller slipstream. The rudder forces and moments are added to the forces and moments on the hull, which are used to predict the motion of the ship in DiSSEL. The resulting motions of the ship influence the inflow into the rudder and thereby influence the force and moment on the rudder at each time step. The roll moment and resulting heel angle on the ship as it maneuvers are also predicted. Calm water turning circle predictions are presented and correlated with model test data for NSWCCD model 5514, a pre-contract DDG-51 hull form. Good correlations are shown for both the turning circle track and the heel angle of the model during the turn. The prediction for a ship maneuvering in incident waves will be presented in Part 2. DiSSEL can be applied for any arbitrary hull geometry. No empirical parameterization is used, except for the influence of the propeller slipstream on the rudder, which is included using a flow acceleration factor.     

风电安装船线型设计及性能分析

本文针对当前市场所需的风电安装船的线型设计优化过程及试验结果进行了分析研究。论述了线型设计特点,分析了线型CFD优化过程,并且结合模型试验结果对目标船的快速性、操纵性、动力定位能力等性能进行预报,最后对目标船线型开发经验做了总结。研究成果为同类船舶及近似船舶设计提供参考。     

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进,操纵及船体振动性能等影响的观点,研究尾部三维伴流场,介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力,自航及伴流场等比较试验结果表明,非对称双尾鳍船具有两大优点,首先,该船型能在浆前方产生一个与外旋浆旋向相反的预旋流,在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋浆推进效率8％,获得阻力,推进,操纵各性能间的最佳配合,第二,轴向伴流分布比较均匀,满足BSRA5项衡准指标,改善了螺旋浆工作的流场条件,减少了螺旋浆产生空泡及其诱导船体激振的危险,使节能与减振得到统一,最后还介绍了该船型首制船“宁安1号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。     

小型高速SWATH船下体型线研究

根据帐篷函数法和切片理论分别编制了SWATH船的阻力、纵向运动理论预报程序,理论计算值与试验数据相一致.针对小型高速SWATH船主机置于下体后,下体型线的3种典型变化情况,理论分析了下体型线改变对SWATH船的阻力及纵向运动性能的影响,并对其做出综合评价.     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

船模自航试验数值模拟研究

基于SHIPFLOW软件,对螺旋桨敞水试验、船舶阻力试验和自航试验进行数值模拟,并依据试验结果验证。发现数值模拟能够较好地预报螺旋桨的推力系数、扭矩系数、船模的阻力系数和自航因子及推进效率,为船舶的线型设计和螺旋桨设计提供有效的数值参考。