长江宜宾—重庆河段急滩消滩水力指标研究*

急滩是山区河流浅滩、急滩和险滩三大主要碍航滩险类型之一。介绍和评述了确定消滩水力指标的5种主要方法:经验分析法、航行阻力推算法、实船试验法、船模试验法和数学船模法。采用航行阻力推算法和船模试验法对长江宜宾至重庆河段急滩消滩水力指标进行研究,确定了消滩比降、流速组合,可作为急滩整治设计依据的关键参数。     

基于澜沧江实船试验对兹万科夫船舶阻力计算方法的修正

考虑到采用兹万科夫法计算山区河流船舶阻力的局限性,结合澜沧江500 t级机动船实船静水航速试验,分析船舶阻力试验结果与兹万科夫法计算结果的偏差,提出按总阻力系数、剩余阻力、剩余阻力指数进行修正的思路和方法,建立相应修正系数与船舶弗劳德数、船宽吃水比的函数关系,对比上滩航行与静水航速实船试验结果,进行二次修正,总结出总阻力和剩余阻力二次修正系数以及适用范围。     

基于CFD的双体船航行阻力研究

为研究双体船结构航行阻力,首先建立其几何模型,并将其简化为一二维流场,将流体力学理论与湍流能量耗散方程相耦合,对船身航行阻力进行流体动力学计算,得到其航行阻力特性参数。计算结果表明:本文采用的方法收敛速度较快,稳定性较好,能够有效计算船舶航行阻力,可为船舶结构设计提供参考。     

基于离散元模型的冰阻力数值研究

为了研究船舶冰阻力的预报方法,采用离散元模型对冰区航行船舶在平整冰中航行的冰阻力进行数值计算。船体结构由三角形网格离散,同时利用具有粘结-破碎特性的球体单元、三维拓展圆盘和拓展多面体单元构造海冰的离散元模型,并考虑拖曳力和浮力对海冰的影响。本文基于离散元方法,计算船模受到的总的冰阻力,研究海冰厚度、弯曲强度和航行速度对冰阻力的影响,并与Lindqvist经验模型计算的冰阻力进行了分析比较。研究结果可为冰区航行船舶冰阻力预报以及初步设计优化提供参考。     

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。     

中间渠道船舶航行阻力计算方法与试验*

中间渠道作为特殊限制性航道,船舶航行阻力是其尺度确定的关键参数。针对现有船舶航行阻力计算方法,分析其适用性,选取考虑了航道宽度和吃水比等因素的俞中奇公式作为中间渠道船舶阻力的参考计算公式,设计中间渠道船舶航行阻力试验方案,并开展3 000吨级散货船模航行试验,根据试验结果对俞中奇公式进行修正,利用Flow3D模拟船舶在不同断面系数下中间渠道中航行并提取阻力,验证修正公式的准确性。结果表明,修正后的经验公式计算结果与数模对比,最大误差不超过16.89%。该公式具有较高的计算精度,对中间渠道设计具有重要的参考价值。     

拖轮海上拖带航行拖力分析计算

为满足海上拖航法定检验技术规则要求，根据船舶动力学，分析了影响某拖轮与工程船舶的各种阻力因素，说明了航行拖力计算时不能只考虑被拖轮的航行阻力，忽略拖轮自身阻力，以致于与实际航行拖力产生误差，使得海上拖航拖力计算不全面。以“三航拖2009”拖轮拖带“三航砼19”工程船为例介绍了计算航行拖力的方法，对海上拖带航行计划的制定与实施具有一定的参考意义。     

小水线面双体船纵向航态与阻力特性的CFD分析

文章基于重叠网格技术,采用RANS方法,对2500T级小水线面双体船(带首尾鳍)的阻力与纵向航态进行了数值计算,并与模型试验结果进行了比较分析,结果表明文中采用的数值方法能够有效预报小水线面双体船的阻力,模拟其航行姿态。此外,分别对计及航态与不计及航态时的阻力计算结果进行了比较,分析了航行姿态对小水线面双体船阻力性能的影响。     

滑行艇水动力计算（3）

滑行艇水动力计算的目的是估算艇的水动力阻力。滑行艇以排水状态航行时，其水阻力计算基本上与普通的排水航行船只相同。但当它起飞后滑行于水的自由表面上，仅部分艇底与水面接触，从而支承面和浸湿面积随速度增长而减少。此时，适用于排水航行船只的阻力计算方法对滑行艇已不适用。     

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。     

关于深水、浅水与限制性航道界定的探讨

通过对船舶阻力的分析和计算．根据影响阻力的主要因素，航速、水深与船吃水比、断面系数，由换算系数来界定深水、浅水与限制性航道。     

船舶进出承船厢水力特性试验

采用遥控自航船模和牵引船模相结合的方法,对船队进出船厢的水力特性进行了试验。成果表明:船队进出厢的航行阻力和下沉量取决于船厢断面系数和进出厢的速度。断面系数减小,航速增加,阻力和下沉量增大;出厢的阻力和艉沉均大于进厢;结合国内的部分研究成果以及国内外的工程实践,初步提出了承船厢尺度的确定原则。     

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。     

龙滩升船机中间渠道通航条件试验

通过对龙滩水电枢纽两级升船机中间渠道内航行条件的水工模型试验研究,结果表明:中间渠道内船舶(队)单向航行速度小于2.0 m/s时,船行波、航行阻力和船体下沉量均不大;中间渠道直线段宽为32 m时,宜采用航、停的会让方式,航速应<1.5 m/s,而船舶宜停泊在右航线上;船舶(队)转弯时的航迹带要宽,因此不应有转弯段等航速会船。     

舰船风浪中航行及操纵系统

基于风浪中经验航法和理论航法相结合的观点；汲取耐波性等领域的研究成果，提出了一种实用的风浪航行操纵系统，集合3个子系统（海浪计算子系统，航向航速优选子系统，摇荡短期时历预子系统）的计算结果，合理组合，可满足风浪航行及转向时机，舰载直升机起降时同，海上补给及拖带航向航速选择等决策的需求。     

急弯河段通航水流条件与航道宽度关系研究

急弯河段水流流态复杂,船舶过弯所需的航道宽度要远大于直线段航道宽度,也大于一般的弯区河段航道宽度。根据汉江下游马口滩急弯河段船模航行试验成果,总结分析了船舶在弯道段航行时占用的航宽与水流的关系,表明船舶以大致相同的航速上、下航行通过弯道时,上行时占用的航宽比下行时要小的多。流速或流向角越大,船舶的航迹带宽度越大,占用的航宽也越大。在此基础上建立了马口滩急弯河段航宽计算公式。     

船用梯形微沟槽表面减阻效应的仿真分析与实验验证

基于微沟槽减阻机理,采用改变船体表面微结构形貌尺寸的方法,以期降低船舶运行中的航行阻力,提高船舶航行效率,节约能源。利用流体软件FLUENT对梯形肋条和梯形沟槽两种微结构表面流场进行模拟仿真,分析了沟槽深宽比h/d1的减阻效果。仿真结果表明,对于梯形肋条,在h/d1时均具有减阻效果,当h/d为0.45时减阻效果最好;对于梯形沟槽,当h/d为0.30、0.36时表现为增阻,h/d为0.45、0.60、0.75时表现为减阻,其中当h/d为0.60时的减阻效果最好。为了验证模拟计算的规律,进行了阻力冲刷实验,实验结果与模拟计算结果的对比分析表明模拟计算与实验结论一致。     

基于RANS法和边界层理论预报三维船体阻力

基于船体阻力成因和分类,应用二因次RANS法并结合EFD技术为研究手段,研究了船体各阻力成分和兴波波形,考虑边界层第一层网格高度对数值计算结果的影响,通过数值模拟计算和兴波波形比较,分析表明第一层网格无量纲高度y+值充分影响数值结果精度,总阻力在高傅汝德数下其数值误差有增大趋势,同一航速下摩擦阻力值随y+增加略微增大,剩余阻力值却明显减少,且自由面兴波随傅汝德数增大首部波高愈发明显,船中及尾部区域兴波向外扩散,船首尾肩部开尔文波系明显且波峰后移,其趋势与EFD波形一致,具有实用性。     

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%.     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。