沈括号小水线面双体科考船综合航行性能优化

沈括号小水线面双体型(SWATH)科考船由上海泰和海洋科技有限公司委托,中国船舶科学研究中心(CSSRC)自主研发设计。该船总长63.0 m,满载排水量2 246.0 t,已于2019年3月份建成交船。该SWATH船型围绕设计要求,应用中国船舶科学研究中心在SWATH研究领域系统研发的最新研究成果,开展了综合优化设计及性能预报工作。本文针对设计螺旋线,介绍了"沈括号"的优化研究设计及优化方案的快速性、耐波性、操纵性评估及预报结果,其优秀的综合航行性能在实船试航及马里亚纳海沟海域处女航中得到了充分验证和展示。     

一型小水线面双体船的水动力性能与结构设计

简要介绍了中国船舶重工集团公司(CSIS)建立和发展的一种小水线面双体船(SWATH)优化设计工程技术系统.主要包括SWATH船型的概念设计、主尺度与线型优化、有效功率预报、纵向运动稳定性校验及稳定鳍设计、耐波性预报、结构载荷评估、波浪中的船体结构动、静响应分析等有关设计、预报与评估的系统方法.并以一型1500吨级小水线面双体型海洋调查船设计和评估为例对有关设计方法进行了说明和验证,在该船设计中,采用线性和非线性三维水弹性理论来预报载荷与评估在波浪中航行船体的结构安全性,同时在中国船舶科学研究中心(CSSRC)的拖曳水池与耐波性水池中进行了阻力与自航、耐波性与操纵性、波浪载荷等船模拖曳及自航试验.文中还给出了该船有关优化设计及模型试验结果.     

新型双体船和三体船阻力性能研究

针对小水线面双体船(SWATH)的不足,提出了新型双体、三体船型.通过模型试验方法,对上述船型的阻力性能进行了研究.结果表明,新型三体船由于舯前首中体的设置使得阻力在一定的航速范围内大幅降低;新型双体和三体船型在阻力性能上较SWATH船表现出了一定的优越性.     

新型地球物理综合科学考察船"实验6"

"实验6"船是我国自主研制的新一代3000吨级综合科学考察船,由中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)为中国科学院南海海洋研究所设计,中船黄埔文冲船舶有限公司建造. 该船采用AFE有源前端驱动的综合电力推进系统,设双吊舱、1台首侧推,DP-1级动力定位.该船挂中国旗,入级中国船级社. "实验6"船的主要尺度及参数见表1.     

5000m3全压式LPG船快速性试验研究

5000m3全压式LPG船是目前穿行于江河湖海水域液化气站的主力船型,针对该船的特点,并考虑今后发展趋势,确定了该型船舶的主尺度和船型参数,通过线型优化设计及船模试验研究,给出了推荐的优选船型。该船型与相近吨位船舶相比,长宽比小,船宽吃水比大。优选船型有效解决了该船的快速性问题,性能优良,可用于实船设计建造。     

SWATH船型在军事领域应用前景的层次分析

本文首先简单介绍了当前国内外SWATH船型的主要应用和发展方向以及层次分析法的基本原理和分析步骤,然后运用层次分析法对SWATH船型在五型军用舰船上应用前景的专家征询意见进行了综合评判和分析.结论表明当前SWATH船型在军事领域的应用前景依权重大小依次为轻型护卫舰、海洋调查船、猎扫雷船、电子侦察船和援潜救生船,这与SWATH船型在军事领域的应用现状和发展方向基本上是一致的.     

直/斜支柱SWATH的兴波阻力预报

斜支柱小水线面双体船(SWATH)除具备常规SWATH优异的阻力及耐波性能以外,还具有优良的隐身性能,目前世界上唯一一艘斜支柱SWATH是美国海军建造的“Sea Shadow”号。本文针对一型直支柱SWATH和自行开发的一型斜支柱SWATH,以Noblesse的新细长船兴波阻力理论为基础,开发了一种新的算法,所预报的兴波阻力与试验结果吻合良好。本文的工作可用于直／斜支柱SWATH船型的开发和优化。     

SWATH船型的耐波性研究

本文采用理论和试验的方法对一艘排水量为400吨的SWATH船的耐波性能进行了讨论,建立了SWATH船型的耐波性理论计算程序,并介绍了该船型的耐波性试验方法。计算的结果能与试验的结果很好吻合。本文提供的方法和数据可供设计参考使用。     

小水线面双体船型线设计方法研究

本文在分析小水线面双体船(SWATH)型线特征的基础上,按横剖面形状对SWATH进行分类,并给出相关设计参数.在给定主尺度的情况下,首先生成初始的中横剖面,经修改至满意的形状后,生成初始的横剖面面积曲线和支柱厚度分布曲线,此时可改变曲线的型值点及首尾切向矢量来控制前体、后体形状及平行中体的长度,也可指定排水量和浮心坐标对曲线进行局部调整,按调整后的横剖面面积曲线和支柱厚度分布曲线便可插值生成一系列沿船长方向的横剖面,实现了数学船型的表达.针对其中最为典型和实用的圆弧直线形SWATH船,文中给出了详细的设计方法.利用objectARX,在AUTOCAD环境下进行了软件开发,实现了SWATH船型线的快速设计.该软件采用面向对象和设计模式的思想,具有良好的可扩展性.最后通过对一系列SWATH船的设计,证明了本文方法的正确性和软件实用性.     

“实验1”号科考船设计研究

"实验1"号是中科院的一艘新型综合科学考察船,具有无限航区(冰区除外)航行,能在近海、远洋进行声学等多学科综合考察。由于小水线面双体船卓越的耐波性和宽敞的工作平台,因而被选为该船的船型。2002年开始方案设计,几经变动,于2007年向建造厂提供图纸。该船技术指标全部达到设计任务书、设计合同及设计任务书补充纪要等所有文件的全部要求。该船于2007年12月正式开工建造,2008年9月12日下水,2009年1月通过交船试验,同年首航圆满完成。自2009年5月投入运用以来,已执行远至印度洋斯里兰卡的35个航次,安全航行作业航程已超过80 000 n mile。本文简述该船的技术特点、船舶概况、关键技术与难点及亮点、创新点。     

小水线面双体船船型与阻力特性关系的研究

本文利用计算流体力学软件FLUENT对一小水线面双体船的粘性绕流进行了数值模拟，研究其船型与船舶阻力之间的关系，主要讨论以下几个方面：（1）特定船型条件下，随着雷诺数变化阻力的变化情况；（2）两潜体在相同长度不同间距时的阻力特性；（3）相同排水量的条件下，潜体不同长径比时的阻力特性。通过将数值模拟结果与经验公式比较，验证FLUENT软件用于船舶阻力分析的有效性和实用性。     

SWATH船纵向运动的分数阶PIλDμ控制

针对小水线面双体船(SWATH)的纵向运动稳定性问题,对某SWATH船设计了一种分数阶PI^λD^μ控制器。首先,在控制器设计过程中,引入ITAE准则获得分数阶PID控制器的优化参数,并以类似方式得到优化参数的最优PID控制器。然后,以SWATH船为研究对象,分别采用分数阶PI^λD^μ控制器和最优PID控制器对其等效Nomoto模型和考虑风浪干扰后的模型进行仿真研究。最后,对它们的控制性能及控制能量消耗进行比对分析。通过分析发现,本文所提出的分数阶PI^λD^μ控制器的控制效果明显优于最优PID控制器,且分数阶PI^λD^μ控制器更为节能。     

小水面双体船结构优化分析

分析某型号小水线面双体船在2种航态下的结构强度问题,并在此基础上实现该船体结构的优化,以达到提高结构总体性能,减小结构重量并降低结构重心之目的.在研究中,根据 CCS 规范计算双体船结构的外载荷,并用有限元法进行结构强度分析.最后,通过集成多学科优化平台,以遗传算法为搜索策略,同时对2种航态下的船体结构进行优化.数值计算表明,优化结果具有可行性,可为现实设计提供参考.     

SWATH船运动中断分析和减横摇控制器设计

针对SWATH船实航时产生的水平筛动问题,研究由横荡、横摇和艏摇的耦合运动产生的船舶运动中断(MII),提出设计SWATH船稳定鳍减横摇控制器,减小MII。通过理论分析MII产生原因和SWATH船稳定鳍工作时产生减摇作用的力和力矩特性,验证利用稳定鳍减小SWATH船横摇运动,抑制MII的可行性。在保证SWATH船升沉和纵摇运动的基础上,设计稳定鳍减横摇控制器,减小SWATH船横摇。仿真结果表明,控制器使SWATH具有良好的纵向运动性能,有效减小了横摇运动,抑制MII。     

小水线面双体船操纵性数值预报方法研究

文章基于粘性流体理论,采用CFD技术,通过对双体船变漂角旋臂运动的模拟,得到代表小水线面双体船舶操纵性能的水动力导数。利用MMG模型,对小水线面双体船的操纵性能进行初步预报。根据变漂角旋臂运动的数值模拟,既可从中得到仅仅与漂角和角速度有关的水动力导数,也可获得包括高阶导数和耦合导数在内的操纵性运动水动力导数。文章在保留三阶水动力导数的情况下,将代入高阶耦合水动力导数的操纵运动方程所绘制的回转圈与不代入高阶耦合水动力导数的回转圈进行对比,体现了高阶耦合水动力导数对于小水线面双体船操纵性预报的重要性,并以某双体船型为例,对其操纵性能进行预报。     

水弹性力学在SWATH船体结构振动响应分析中的应用研究

文章以三维水弹性力学理论为基础,对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体在航行时受发电机激励下的振动响应,并与实船测量结果进行了对比,结论表明三维水弹性力学方法在船体受机械激励作用下对于船体振动响应的预报是有效的,可应用于工程设计。     

基于应力集中系数的SWATH船疲劳节点筛选方法研究

小水线面双体船的疲劳强度问题十分突出,疲劳强度校核节点众多且目前还没有一个明确的疲劳节点筛选原则。针对这些问题,研究基于典型节点的热点应力集中系数有限元计算和名义应力分析,对小水线面双体船全船结构中可能发生疲劳强度失效的节点进行疲劳寿命估算,并根据估算结果对需要进行热点应力分析的疲劳节点进行筛选。计算结果表明,该方法在处理大量结构节点的疲劳寿命估算问题中,计算效率较高,能够反映全船的节点疲劳强度特性,且估算结果较为可靠。该方法不仅适用于小水线面双体船,对于其他类型的船舶,该方法同样具有适用性。