三体船侧体位置优化设计研究

基于二维半理论的计算软件TRIMARAN研究了侧体纵向、横向位置的变化对三体船运动响应的影响,同时研究了船体横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响,从而提出一套三体船侧体位置优化方案。通过在低速和高速两种情况下,对三体船侧体纵向、横向位置的变化对三体船的运动响应分析,可以看出:低航速下侧体应布置于靠近主体船艏的位置,有利于三体船运动性能的提升,高航速下则应将侧体放置于主体船尾。同时,根据横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响研究表明:三体船的横摇半径越小越能增加三体船的横摇稳定性。     

新型三体船横摇运动模式分析

对新型三体船模型在不同吃水下横摇运动模式进行实验研究。采用惯性测量系统MTI-G测得横摇衰减角速度曲线,并利用基于遗传寻优的系统辨识方法,进行横摇运动模式的辨识分析,验证该辨识模型及其方法的可行性;通过优化计算确定该船型在不同吃水下的横摇运动微分方程,初步探讨影响横摇运动相关参数的变化规律。该方法和研究结果可为此类三体船耐波性的深入分析和设计提供技术支撑。     

三体船横摇运动

介绍了关于三体船横摇运动的研究工作。采用能量法，由自由横摇衰减试验测量数据计算了三体船横摇阻尼系数，分析横摇过程中阻尼非线性作用的特点，讨论侧体横向布置位置、舭龙骨和航速对三体船横摇运动的影响，对线性、非线性方法用于预报三体船横摇运动进行比较分析。三体船模型横摇试验包括静水中的自由横摇衰减试验、规则波中的零速横摇试验。试验中通过系列变化侧体横向布置位置，并对侧体安装舭龙骨进行对比试验，研究侧体布置和舭龙骨对三体船横摇运动的影响。经与试验结果对比，本文对三体船横摇运动预报的结果令人满意。     

三体船分段模型波浪载荷试验研究

三体船的主体与连接桥结构的波浪载荷特性是船舶结构设计者非常关注的问题,目前对于这些载荷特性进行较为全面的模型试验研究在国内很少。该文在拖曳水池和方形水池开展了某三体船的分段模型试验,详细介绍了分段模型的设计原则,对于纵向载荷和横向载荷的测量采用不同的分段布置形式。通过对试验数据的分析及与理论计算的对比,对三体船横摇运动非线性修正方法加以改进,同时研究了该三体船的船舯横剖面和连接桥纵剖面的波浪载荷特征,得出了一些结论,为船舶结构设计提供了确定设计载荷的依据。     

波浪中三体船非线性横摇运动近似解析解及特性分析

为了深入研究三体船横摇运动特性,本文应用多尺度法计算了波浪中非线性横摇运动的近似解析解,并通过数值方法及模型试验进行了三体船适用性验证.研究结果表明:三体船型的特殊性引起的非线性横摇阻尼和非线性恢复力使其具有特殊的横摇运动特性.其中,非线性阻尼主要影响横摇幅值变化,特殊的高阶非线性恢复力导致幅频曲线刚度渐硬,小阻尼共振状态下可能会发生不稳定大幅横摇运动.该研究从理论角度解释了三体船在波浪中可能表现出的与常规单体船不同的大幅横摇、跳跃、多值等非线性现象.     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

三体船横摇运动试验研究

三体船的侧体对其周围的流场及其自身的耐波性能会产生复杂的影响,导致三体船横摇运动的纯理论计算比较困难。因此,采用耐波性模型试验（包括自由衰减试验、规则波及不规则波中的航行试验）考察侧体横向位置、舭龙骨的设置以及航速等因素对三体船横摇运动的影响,研究结论对相关专业设计人员具有较好的参考价值。     

三体船主体尺度对其在波浪中动态响应的研究

基于有限元方法,通过仿真计算,比较了三种不同主体尺度下三体船的垂荡、纵摇、横摇运动响应算子。因不同的航行速度对运动算子有一定影响,故分别在低航速和高航速下进行比较。通过不同航速下的垂荡、纵摇、横摇性能对比,得出主体狭长型三体船运动响应性能均最佳,最适合作为三体船主体的尺度。     

考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。     

中速三体船型PCC的可行性研究(英文)

In the present paper, a new trimaran Pure Car Carrier (PCC) is proposed and a feasibility study on the ship is carried out. In this study, first, the effective horse power (EHP)/car of the PCC running in still water is predicted. By comparing the predicted EHP/car with that of a conventional mono-hull PCC, it is found that the trimaran PCC is superior to the conventional mono-hull PCC at rather higher speed. As ship speed increases, the reduction of the resistance of the trimaran is bigger. It is also found that at common service speed of PCCs, the EHP/car of a small PCC is lower than that of a conventional PCC. Secondly, the optimal L/B of a main-hull of the trimaran PCC in still water is determined. The optimal L/B of the main-hull varies with ship speed and size because the wave resistance decreases but the frictional resistance increases as L/B of the hull increases. As ship size increases, the optimal L/B of the main-hull of the trimaran PCC decreases.     

基于CFD的三体船侧体布局优化

三体船构型复杂,侧体布局对其阻力性能有很大的影响。基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)理论,利用SHIPMDO-WUT软件平台构建一种侧体布局自动优化方法。以某高速三体船为例,进行侧体布局的优化,结果表明:在4个不同弗劳德数下,优化船较母型船的兴波阻力均有所下降,总阻力也相应减小。得出在4个不同弗劳德数下总阻力最小的侧体布局方案,表明该方法的可行性与有效性。研究内容可为三体船减阻优化设计提供参考依据。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

三体船型PCC风荷载的实验性研究(英文)

In recent years, demands for car transportation by a ship have been increasing with favorable economic conditions in auto sector, and the need of a pure car carrier (PCC) has grown quickly. A PCC needs huge parking space but smaller displacement since a car is comparatively light for its volume. As a result, almost all PCCs have wide breadth, shallow draft and huge structure above the water surface. These features cause some technical issues of a PCC, like lack of stability, effect of strong winds on its resistance, difficulty of course keeping in rough seas, difficulty of berthing in strong winds, and so on. To overcome these technical issues, one of the authors has proposed a new concept for a PCC. This is a trimaran PCC which has very limited transverse bulkheads in the center hull by using two side hulls as fenders. In the present research, wind forces acting on a scale model of the trimaran PCC were measured in the towing tank with a wind generator at Osaka Prefecture University. Furthermore, in order to clarify the characteristics of wind pressure on the trimaran, height and width of tunnels which are between a main hull and side hulls were changed. And then, in order to imitate a real ship, we used wind reduction technology of corner-cut design for accommodation house of the ship. Moreover, the wind pressure acting on the trimaran was compared with that on a mono-hull PCC. Using these experimental and theoretical results, an estimation method of wind pressure acting on the trimaran PCC is deduced.     

三体船兴波阻力计算研究

针对高速三体船的兴波阻力,考虑到船舶设计工作中阻力预报的特点,探讨了三体船兴波阻力计算的2种方法。然后将2种算法的计算结果和船模试验结果进行比较分析,得到了一些有意义的结论。结果显示本文方法是行之有效的,2种方法可用于三体船设计的不同阶段。     

三体船型疲劳强度评估和分析

参照相关规范,对三体船结构的典型节点进行疲劳强度分析。通过波浪载荷计算和试验结果分析了三体船的载荷特征。通过粗网格下的全船有限元应力计算确定了疲劳热点部位。对这些部位采用精细网格进行了基于谱分析的热点应力计算,从而给出了热点部位的累积损伤。最后总结了三体船的疲劳特性。     

Resistance analysis of unsymmetrical trimaran model with outboard sidehulls configuration

The application of multi-hull ship or trimaran vessel as a mode of transports in both river and sea environments have grown rapidly in recent years.Trimaran vessels are currently of interest for many new high speed ship projects due to the high levels of hydrodynamic efficiency that can be achieved,compared to the mono-hull and catamaran hull forms.The purpose of this study is to identify the possible effects of using an unsymmetrical trimaran ship model with configuration（S/L） 0.1-0.3 and R/L=0.1-0.2.Unsymmetrical trimaran ship model with main dimensions： L=2000mm,B=200 mm and T=45 mm.Experimental methods（towing tank） were performed in the study using speed variations at Froude number 0.1-0.6.The ship model was pulled by an electric motor whose speed could be varied and adjusted.The ship model resistance was measured precisely by using a load cell transducer.The comparison of ship resistance for each configuration with mono-hull was shown on the graph as a function of the total resistance coefficient and Froude number.The test results found that the effective drag reduction could be achieved up to 17% at Fr=0.35 with configuration S/L=0.1.     

超细长三体船在不规则波中的运动及载荷响应研究

以1艘超细长三体船为例,分析求解其在不规则波的运动及载荷响应。根据计算,对响应结果进行分析。计算结果表明超细长三体船片体较小,对船舶总纵弯矩及垂向剪力分布的影响较小。但由于船舶重心后移,总纵弯矩及垂向剪力的最大响应也略后移;计算得出的横向弯矩分布规律表明,三体船在船宽方向也可假设成两端简支的单跨梁,据此为校核三体船片体及主体连接结构提供依据。航速不同,导致三体船浮态不同。通过计算分析,得出适合示例三体船的最佳设计航速,可以为三体船设计提供帮助。     

基于AHP的三体巡视船概念设计研究

为论证三体船型较常规船型的总体性能优势,采用层次分析法,对船型进行多目标综合评估。在此基础上完成了一型千吨级三体巡视船概念设计,并阐明了该船型的主要设计特点,可供以后此类船型设计时参考。