一种有效近似建模方法及船舶耐波性代理模型构建

船舶耐波性能预报计算过程复杂,会受到诸多设计变量的影响;且采用高精度商业软件如CFD预报船舶性能的计算代价非常高。文章采用拉丁超立方方法进行了设计空间抽样。定义了一个新的综合衡准指标来表达船舶耐波性能,即短期和长期作用下船舶非工作时间百分数。考虑了船舶耐波性能中的五个运动方向：横摇、纵摇、转艏、横荡和升沉。为提高船舶耐波性能计算效率,一种有效的近似建模方法—单参数Lagrangian 支持向量回归算法被用于训练并构建代理模型以预报船舶耐波性能,且该算法是由作者在过去的研究工作中首次提出。以海洋平台支援船（OSV）为例,采用SPL-SVR算法预报船舶耐波性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络和经典支持向量回归算法进行对比。该文考虑OSV的两种速度,建立了海洋平台支援船短期作用下非工作时间百分数的耐波性能响应面模型,结果显示采用SPL-SVR算法建立的船舶耐波性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较高的计算效率。     

海上快速救生船船型试验研究

建造具有良好阻力性能及耐波性能的海上快速救生船是当务之急。作者通过试验,重点研究了两种新船型的技术关键问题。半潜体船型:变化了半潜体大小,纵向位置及浸深,试验表明它在一定速度范围内既能减阻,又能较大幅度改善纵向运动性能。小水线面船型:采用理论方法计算了它的纵向运动稳定性,并设计了3组鳍。试验测定了船模的运动纵倾力矩,为实船控制提供了依据。     

穿浪多体船运动性能研究

在穿浪双体船基础上，加装半潜体或带被动式减纵摇鳍的半潜体使其成为消波穿浪多体船，航行性能大大提高。半潜体不仅对耐波性能有利，对静水阻力和船体结构强度都有利。试验表明半潜体使经济航速阻力减小１８－２３％，设计航速阻力减小５－７％。耐波性综合指标比穿波双体船有提高，特别是纵摇明显减小。     

穿浪单体船型水动力性能的CFD数值模拟研究

为了研发低阻、高耐波性新船型,以某圆舭船型为参考船型,设计了穿浪内倾深V型主船体,并设计了半潜艏和水滴形球鼻艏两种形式的艏部附体。基于CFD数值模拟分析不同主船体和艏部附体对于船舶横摇稳定性、静水阻力和耐波性的影响。通过水池模型试验进一步研究不同船型的耐波性,并验证了CFD数值方法的准确性。研究表明,深V船型的横摇和纵摇稳定性优于圆舭船型,且在高航速时深V船型的静水阻力性能也优于圆舭船型。在高航速下,水滴形球艏有利于减小深V船型的兴波阻力和波浪增阻,而半潜艏对于提高船舶纵向稳定性具有更加显著的效果。     

几种千吨级高性能船耐波性对比分析

为了对比分析千吨级单体圆舭船型、深V船型、穿浪双体船型、三体船的耐波性能,采用二维半理论方法计算各船型在迎浪规则波中的摇荡及首中尾部垂向加速度的频率响应函数,其中应用时域格林函数求解水动力系数,应用谱分析计算各船型在不规则波中的运动有义值.结果表明,几种千吨级高性能船在波浪中的纵向运动性能均比常规圆舭船型优,其中三体船纵向运动性能最佳.计算结果可为该吨级舰船平台选型提供技术支持.     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。     

大型自航绞吸挖泥船的耐波性预报

选取三维势流理论,使用SESAM软件计算大型自航绞吸挖泥船在规则波中六个自由度的运动响应,并根据线性系统的响应规律对甲板上浪和螺旋桨出水做了短期预报,在计算中考虑了短峰波和方向谱.为考察艏艉开槽对船舶耐波性能的影响,计算时选取了艏艉封口的船型作对比计算,计算结果表明艏艉开槽降低了船舶的耐波性能.     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M.Lee改进的切片理论及其公式,编制小水线面双体船耐波性预报软件.该软件可用于在各种波向角时,对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报,包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报,以及其它耐波性统计特性预报.利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算,并与试验结果进行了比较分析,计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律.本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据.     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M．Lee改进的切片理论及其公式，编制小水线面双体船耐波性预报软件。该软件可用于在各种波向角时，对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报，包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报，以及其它耐波性统计特性预报。利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算，并与试验结果进行了比较分析，计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律。本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据。     

考虑粘性影响的单体复合船型的运动预报

给出一种考虑粘件影响的单体复合船型运动预报的数值方法.基于RANS方程和VOF方法的非定常粘性数值方法计算了带叶半潜体的单体复合船型首部横剖面作微幅振荡时的水动力系数.计算中采用RNG κ-ε湍流模型,用有限体积法对流体域进行离散,网格划分采用分块结构化网格,并结合动网格技术.采用RANS方法计算了复合船型组合附体的升力系数.采用计算所得的水动力修正系数,应用STF切片法和二维半理论预报某一单体复合船型在规则波中的纵向运动响应,结果反应出的复合船型的减摇效果与试验值符合较好.计算结果表明组合附体的粘性效应不可忽略,文中提供的方法可提高这类单体复合船型的运动预报精度.     

M型风电运维船船型设计与波浪增阻及耐波性能

基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船的船型设计提供了一定的参考与借鉴。     

M型风电运维船船型设计与波浪增阻和耐波性能研究

本文基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船船型设计提供了一定的参考和借鉴。     

基于蒙特卡洛方法的三体船侧体运动响应优化

[目的]为研究三体船侧体布置对三体船运动性能的影响,[方法]基于蒙特卡洛方法和势流理论,提出一种三体船侧体布局对运动性能影响的优化方法,给出多目标的优化模型和计算技术。首先,采用蒙特卡洛方法选取方案,并用AQWA软件(势流理论)计算不同方案的运动响应;然后,通过比较各种方案的横摇、纵摇和升沉运动响应,选取这3个指标均小于原始船型的方案为优化方案。[结果]结果表明:在规则波中,侧体位于主体舯前位置可以减小三体船的运动响应,在不规则波中,可以减小三体船的横摇运动响应;在规则波中,增大侧体与主体之间的横向距离,可以同时减小三体船的横摇和纵摇运动响应。[结论]研究三体船侧体布局对运动的影响时,采用蒙特卡洛方法和势流理论相结合的优化方法可以提高计算效率并保证计算精度。     

高耐波性单体船新构型及阻力性能分析

以某千吨级圆舭船型为母型生成两种深V型主船体,在此基础上应用减纵摇组合附体技术生成高耐波性单体深V复合船型。对这两种概念构型分别设计不同形式、不同尺寸的附体形成多个船型,从中优选阻力性能最优的方案。采用RANS方法对复合船型的绕流场进行计算,得到各方案的静水阻力,模型试验结果表明半潜体的形式和尺度对复合船型的静水阻力有较大的影响,采用上下表面非对称形式半潜体比上下表面对称的回转体形式半潜体具有更优的阻力性能。     

双体船摇摆运动的试验研究

介绍双体船在规则波中的横摇和纵摇运动的试验方法和试验过程及运动参数的确定，主要研究了有无舭龙骨和重心高度变化对船舶运动性能的影响，并根据试验结果计算了在不规则波中的摇摆运动性能。     

立柱附体对半潜式平台水动力性能的影响

增加立柱附体是改善半潜式平台性能的常用措施之一。文章为研究立柱纵向增加附体以及改变附体形状对半潜式平台水动力性能的影响,通过数值计算和模型试验,分析了立柱附体对平台运动固有周期和阻尼、平均波浪力、运动RAO以及不规则波作用下运动响应等的影响规律。结果表明:纵向立柱附体可以减小平台纵向平均波浪力以及平台的纵摇运动RAO,可显著改善平台在极端海况下的垂向运动响应;立柱附体的截面形状变化则几乎没有影响。     

风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明：该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。     

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。     

高速轻型穿浪双体船船型及性能试验研究

开展了140 t级高速穿浪双体船船型研究及阻力、耐波性系列模型试验,比较分析了三种典型穿浪船船型阻力、纵向运动性能的差别,确定了综合性能最佳的型线方案.对优选的型线方案,进一步开展了航态优化试验、变间距比、变长宽比、变重心纵向位置的阻力对比试验,不同间距比的静水横摇及不规则波横摇试验.指出了高速轻型穿浪双体船阻力和耐波性能的影响因素及其变化规律.