多体船型破舱稳性比较分析

多体船的设计概念是通过采用大长宽比的主船体来有效减小兴波阻力,而由此带来的稳性损失由侧体来弥补.文章以一多体船方案为例进行破舱稳性计算,分析了多体船侧体参数对多体船破舱稳性的影响,并比较分析了在相同破损状况下三体船与五体船的破舱稳性.分析显示,侧体中心与主船体中心的横距越大,侧体中心离主船体中心的纵距越小,其破舱稳性就越好.     

基于环向裂纹法的气垫平台破冰载荷数值模拟

气垫船因其独特的船体构造能适应冰面、水面、陆地等多种环境,也可以很好地完成运送物资、救援、破冰等任务.设计气垫破冰船或者破冰平台时,冰载荷预报对于总体和船身结构安全十分重要.本文利用理想化破冰假设,基于环向裂纹法求解气垫平台在低速下在全冰面上破冰过程中所受的冰力;基于直径为50 m的气垫平台在不同气垫压力的情况下进行破冰过程的数值模拟,得到了在低速下不同气垫压力大小时的冰力时历图.通过分析冰力时历图,可认为气垫压力会通过影响气腔高度以及气腔扩散半径来影响气垫平台低速破冰时的冰力,且当气腔扩散半径等于冰碎裂半径时,冰力达到最小值.     

单舱大开口重吊船浮箱系统和分舱系统的设计与研究

单舱大开口重吊船是一种能载运杂货、散货、集装箱、重大件货及滚装货,并在舷侧配置大功率吊机的船舶,因其货舱开口大,横舱壁少,一旦主货舱破损进水,残存的可能性很小,而吊机使用时产生的横倾力矩给船舶稳性带来不利影响。为了解决这些问题,我们设计新型的浮箱系统和分舱结构,解决了单舱重吊船因货舱开口大,横舱壁少,一旦主货舱破损进水,残存的可能性很小的问题,提高了在破舱发生时的残存概率。通过对浮箱系统的设计,提高了船舶使用吊机时的船舶的稳性。     

12500载重吨重吊多用途船破损稳性研究

在保证大开口货舱功能需求的前提下,研究12 500载重吨重吊多用途船的破损稳性,使其满足分舱指数要求。对货舱数量、边舱数量、边舱宽度、水密二甲板分隔高度、双层底高度、压载水舱型式等各因素进行定性分析,获得各因素对该船破损稳性的影响趋势,指导该船的破损稳性设计。同时也评估了机舱区域船底破损,使其满足公约的要求。最终得出同时兼顾船舶功能和破损安全的设计,对类似的万吨级重吊多用途船的开发具有借鉴意义。     

全垫升气垫船高速侧滑后行为的理论与试验研究

全垫升气垫船高速航行时若操作不当,容易发生侧滑。由于气垫兴波的存在,侧滑后易引起大幅横倾,给围裙、船体结构造成损坏,严重情况下甚至会横向翻船。文章通过气垫兴波理论计算,分析侧滑时垫态横稳性急剧下降的原因,获得特定长宽比下的兴波阻力,对全垫升气垫船高速侧滑后的行为进行理论分析,并与船模试验、实船试验结果进行对比,表明船自身气垫兴波是造成侧滑大幅横倾的主因,侧部围裙下部开式手指兜水是造成侧滑速度快速下降的主因,也是围裙过载损坏的重要因素。文中介绍了国内不同气垫密度两种实船的意外侧滑情况,并与美国气垫登陆艇侧滑实船试验进行对比分析,得出一些有价值的结论,并提出高速侧滑后避免大幅横倾的应对措施建议。     

水密横舱壁在船体破损时承受浸水载荷的概率模型

在船体破损时，水密舱壁对提高舰船生命力起着关键的作用，实际上现有的水密舱壁设计标准都是按经验和惯例制定的，然而，舰船发生破损事故时，破损船体承受了很大的可变载荷和不确定载荷作用。因此。水密舱壁的设计应采用概率方法进行计算分析。为了更可靠地进行水密舱壁设计，着重研究了一种实船的水密横舱壁载荷概率模型。由此得到了船体破损状态下影响整个水密舱壁全部载荷和变形系数，特别强调的是要进行概率模拟。为此，采用了简单的现象表达式来描述水密舱壁栽荷的作用过程和随机性，在确定船体模拟参数时建议采用反应面分析法。以大型滚装船为例，在船体水线下有较大的破损时应用概率模拟法进行了计算分析。载荷的随机性考虑了船体的流体静力特性，受损部位、船体破损程度、受损事故发生的范围和持续时间，破损状态的环境条件、曲线拟合程度以及模拟误差。最后应用蒙特卡罗模拟法通过概率模型确定水密舱壁承受的最大载荷，并与现行标准规定的设计值进行比较，认为概率模拟是一种有效的确定水密舱壁破损载荷的方法。     

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。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

基于Rankine源和Kelvin源格林函数求解兴波阻力的复合算法

[目的]运用边界元法计算船舶兴波阻力基本上是先求解船体附近的速度分布,然后采用伯努利方程进行压力积分,其计算过程复杂,且误差非常大。[方法]提出一种可快速计算船舶兴波阻力的复合算法,利用Rankine源格林函数求解船体表面源强,结合Lagally定理进行受力计算,并基于Kelvin源格林函数求解船舶兴波阻力。运用该算法对Wigley船的兴波阻力进行计算。[结果]计算结果表明,所用算法相较于运用线性兴波阻力中的薄船理论得到的结果精度更高,而且与完全使用Kelvin源格林函数的算法相比效率也更高。[结论]所用算法可在计算兴波阻力时作为精度与效率之间的一种折中方法。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

航行气垫船激励均匀水深浮冰层位移响应的数值模拟

在均匀水深条件下,基于 ALE算法对匀速航行气垫船激励浮冰层的位移响应问题进行数值模拟。计算不同气垫船速度和河道岸壁宽度条件下的冰层位移响应,获得对应于冰层最大垂向位移变形情况下的气垫船临界速度。计算结果与理论解和试验结果符合良好,验证计算方法的有效性。计算结果表明：在临界速度时冰层下陷位移达到最大,而河道岸壁的存在将会使临界速度减小。     

The wet-towing resistance of the composite bucket foundation for offshore wind turbines

The composite bucket foundation (CBF) is a new and environmentally-friendly foundation for offshore wind turbines. This foundation can be prefabricated in batches onshore followed by integrated transport and installation at sea. The structure itself has a subdivision air cushion structure that enables the foundation to float stably on the water surface and realize long-distance towing of the foundation. The mechanism of this air-liquid-solid coupling towing process is complicated, and the influence of the bulkheads on the towing resistance is not clear. In this paper, the influence of the subdivision structure on the towing resistance of the CBF is compared with the tow test in hydrostatic water. The structural motion characteristics and the change of the cushion pressure are also analysed. Experiments are used to verify numerical calculation results. The flow field difference between the CBF with bulkheads, the CBF without bulkheads and the real floating structure was analysed. The dynamic pressure coefficient was used to analyze the force at surfaces of different CBF's. For the tow test and numerical calculation of multiple CBFs, the optimal multi-CBF tow distance and towage number are obtained through the calculation of energy consumption rate.     

空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究

利用LS-DYNA仿真软件研究了高速三体船连桥结构的砰击问题,建立了二维有限元模型,对高速三体船结构以不同的速度进行等速入水的情况进行了计算.研究发现,存在于高速三体船主船体和辅船体与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了连接桥的砰击压力峰值.通过对压力峰值与速度平方比值的无量纲系数的回归分析,发现该系数随着入水速度的增加成二次指数递减趋势;其次是假想不存在空气层进行仿真计算,与考虑空气层的计算进行比较分析,量化空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响,并得出随着砰击速度的增加,空气层对压力峰值影响逐渐变小.     

基于二次开发的CATIA三维建模在全垫升气垫船设计中的应用

全垫升气垫船的船体外形结构不再着重考虑水动力性能,而是采用浮箱结构,其折角面、断阶面与倒圆较多,另有垫升风机在浮箱上的出风开口等,空间形状复杂。此外还有风机、导管桨、空气舵、围裙等特种设备,适于用参数化软件CATIA作二次开发来进行三维建模。在CATIA中作了一些二次开发以方便建模,详细介绍了一条全垫升气垫船的三维建模过程,并就CATIA曲面展开功能在柔性围裙设计制造中的应用进行探讨。     

波能转换型浮式防波堤的水动力性能研究（英文）

The integration of wave energy converters(WECs) with floating breakwaters has become common recently due to the benefits of both cost-sharing and providing offshore power supply. In this study, based on viscous computational fluid dynamics(CFD) theory, we investigated the hydrodynamic performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters, both of which can also serve as WECs. A numerical wave flume model is constructed using Star-CCM+software and applied to investigate the interaction between waves and wave energy converters while completing the verification of the convergence study of time and space steps. The effects of wave length on motion response and transmission coefficient of the floating box breakwater model are studied. Comparisons of our numerical results and published experimental data indicate that Star-CCM+ is very capable of accurately modeling the nonlinear wave interaction of floating structures, while the analytical potential theory overrates the results especially around the resonant frequency. Optimal damping can be readily predicted using potential flow theory and can then be verified by CFD numerical results. Next, we investigated the relationship between wave frequencies and various coefficients using the CFD model under optimal damping, including the motion response, transmission coefficient, reflection coefficient,dissipation coefficient, and wave energy conversion efficiency. We then compared the power generation efficiencies and wave dissipation performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters. The results show that the power generation efficiency of the Berkeley Wedge breakwater is always much higher than that of the floating box breakwater. Besides, the wave dissipation performance of the Berkeley Wedge breakwater is much better than that of the floating box breakwater at lower frequency.     

气囊支撑浮筏隔振系统姿态控制研究

将气囊隔振器应用于舰船浮筏隔振装置，通过控制气囊充、排气可实现浮筏的姿态调整。目前以气囊工作高度为指标的控制方法，存在各个气囊压力分布不均和调节过程振荡的问题，针对该问题提出一种基于气囊工作高度、实际压力与最优压力偏差的浮筏姿态控制策略。将调整分为高度调整和水平姿态调整2个阶段：首先采用模糊控制快速将输出轴调整到对中高度，然后以"高排低充"的策略精确调整浮筏水平姿态。试验结果表明，该控制策略能更加快速、平稳、精确地调整浮筏姿态。     

Hybrid analytic-FEM approach for dynamic response analysis of air-cushion vehicle skirts

Focused on the assessment method for dynamic behavior of the skirts of an air cushion vehicle (ACV), this paper proposes a hybrid analytic-FEM approach, within which the self-developed subroutine considers the transient skirt-water contacting force through suggested semi-analytical formula based on the empirical results from CFD simulations of the equivalent flat-plate model. The dynamic explicit algorithm of FEM is adopted to solve the large deformation problem of flexible skirts. The validity of the approach has been confirmed by comparing with previous numerical results as well as published experimental results of steady seal deformation tests at University of Michigan. Afterward, more simulations for demonstration cases are carried out to study the complex dynamic response of the skirts under different skirt-water contacting conditions. The proposed method can obtain more reliable results than traditional analytical method and be more efficient than fluid-structure interaction simulations, thus providing a practical balanced approach aiming at the dynamic response analysis for whole skirts and contributing to the skirts dynamics performance assessment of an ACV.     

无鼓风机侧壁式水翼气垫船

提出一种无鼓风机侧壁式水翼气垫船,巧妙地将水翼船和气垫船的功能原理结合起来,在航行时,船体底部能够有效形成高压气垫,同时由于船底后部水翼的作用,既具备了传统水翼船、气垫船航行时水的阻力小、航行速度快的优点,同时克服传统水翼船载重小、翼板材料要求高及传统气垫船能耗高、噪音大、稳定性差的缺点。船底设计成平底,相比传统尖底船,航行更平稳、不容易倾翻。此外,它省去了传统气垫船所要的鼓风机,大大降低成本,减少噪音,节约近50%的垫升能耗。     

一种计算SES船尾波(Wash wave)的数值方法

本文提出了一种无限深水中表面效应船(Surface Effect Ship,SES)尾波(Wash wave)数值方法.SES的尾波被表达成分布在气垫上的压力在静水中航行产生的兴波波浪场.在线性势流假设下,该尾波可解析地表示为积分形式,而其被积函数带有奇性并高频振荡.文中提出了一个变换,使变换后对不同的航速,SES船形(气垫形状)和所要计算的波浪场位置尾波计算中的被积函数是单调变化,因而易于数值计算.积分中的奇性也予以去除.数值计算结果表明本文提出的数值方法具有较高的计算效率而且结果与已发表的结果吻合良好.文中给出了一些SES船尾波(Wash wave)的计算结果,并进一步分析了SES尾波(Wash wave)中的局部和非局部波浪场成分.文中还尝试使用本文方法预报常规高速双体船的尾波(Wash wave),结果发现预报与水池测量结果相当吻合.