向家坝升船机承船厢设计水深标准*

通过1:16的物理模型研究了船舶进出升船机承船厢时的最大下沉量与船厢水深、船舶航速及船厢断面系数间的变化规律。提出船舶出厢过程是船厢设计水深的控制条件,建立了船舶下沉量的无量纲计算公式。通过综合比较不同船厢水深船舶下沉量及船底安全富余水深,提出了向家坝升船机合理的船厢设计水深标准。     

船舶进出船厢下沉量预测

由于升船机承船厢断面系数较小，船舶进出船厢是一个复杂的三维水流与船舶运行耦合的问题，水力学问题十分复杂。需要根据船舶航行下沉量制定合理的船舶吃水控制标准和船舶航行方式，防止船舶发生触底以保障船舶航行及船厢对接安全。首先介绍了船舶进出船厢过程中船舶航行特性，分析船舶下沉量的主要影响因素，概述前人进行的理论分析和公式推导，总结相关经验公式。其次，针对船舶进出船厢这一过程，对比分析了各经验公式的计算结果。最后提出未来船舶进出升船机船厢下沉量研究工作的方向与内容。     

构皮滩通航建筑物中间渠道船舶航行特性试验研究

中间渠道船舶航行特性与通航建筑物通航效率和船舶航行安全息息相关。利用牵引船模缩尺试验，研究构皮滩水电站通航建筑物中间渠道内船舶上下行过程中的航行特性，分析了不同航速下船舶的升沉特性，基于试验结果拟合了船舶在中间渠道内最大下沉量与航速、渠道水下面积、船舶舯断面水面以下部分面积以及初始水深的关系，建立了可准确预测船舶最大下沉量的无量纲公式。研究结果表明：1)相同航速下，船舶出船厢下沉量远大于进厢，船舶出厢过程是船舶下沉量的控制工况；2)中间渠道断面系数小于3.0时，断面系数变化对船舶下沉量影响较为明显，且断面系数越小对船舶下沉量影响越显著；中间渠道断面系数大于4.0后，断面系数增大对船舶下沉量的影响迅速减小。     

限制性航道船周回流速度与船体下沉研究

通过船舶在限制性航道(宽32 m,水深2.5 m)的航行试验,研究了500 t和300 t船队航行时的船周回流速度与船体下沉。试验表明,船周回流和船体下沉与航速、航行方式和断面系数等因素有关,其中交错航行时的船尾下沉量是渠道水深设计的控制条件。     

乌江思林和沙沱升船机船舶超吃水可行性研究

针对乌江思林、沙沱两座升船机船舶1.6 m吃水控制标准导致载货量偏低的实际问题,开展超吃水船舶进出升船机船厢系统性的实船试验,论证船舶吃水标准提升的可行性。结果表明,船舶出厢为控制性工况,2.0 m吃水船舶正常出厢实测最大下沉量16.46 cm,富余水深大于30 cm;基于实船试验数据改进的下沉量预测公式,将船舶实际下沉量预测精度提高1倍以上;按目前2座升船机运行水位协调机制,上下游水位变化在10 cm以内,船舶最大吃水提升至2.0 m是可行的。建议在运行中按照1.8~2.0 m吃水逐步放宽控制标准。     

船舶进出船厢对三峡升船机对接锁定机构受力的影响分析

三峡升船机是三峡枢纽两大通航建筑物之一,主要为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。船舶进出三峡升船机船厢过程中,船厢侧水体质量变化和水面波动产生的纵向倾斜力矩均由船厢对接锁定机构承担,如果船厢侧的荷载变化超过对接锁定装置的允许值,将影响船厢对接安全。建立了比尺为1∶12的三峡升船机船厢及下游引航道局部物理模型,针对3 500 t散货船开展船舶进出船厢的水力学模型试验,分析船舶吃水、船舶进出船厢的速度、水面波动与锁定机构受力间的关系。从保障三峡升船机船厢对接锁定机构安全角度,建议通过三峡升船机的3 500 t散货船进出船厢航速0.5 m/s时,船舶吃水不大于2.70 m。     

向家坝升船机船舶吃水控制标准原型观测分析及应用实践*

向家坝升船机投入试通航后,由于金沙江下游河段实际航行的1 000吨级船舶与升船机设计过机船舶主尺度匹配性差,船舶过机装载率较低。为进一步提高升船机通过能力及船舶运输经济效益,开展船舶过机吃水原型观测分析,逐步放开船舶过机吃水控制标准非常必要。通过大量过机船舶不同吃水、航速的进出厢试验原型观测,对影响过机船舶吃水控制标准的航道水位变幅、船厢水深变化,进出船厢航速、下沉量等因素进行系统的分析研究。结果表明,向家坝升船机过机船舶吃水提升至2.4 m,依然有30 cm以上的防触底安全富余量,满足船舶安全过机要求。     

景洪升船机500吨级船舶实船试验船厢水面波动特性研究

升船机承船厢对接过程是升船机运行全过程中重要的一环,对接过程中船厢内的水面波动直接影响厢内船舶的安全停靠和水力式升船机同步轴工作条件。针对这一过程中厢内水面波动变化特性对升船机安全运行的影响,进行了在不同对接水位差启闭卧倒门和在不同航速进出船厢的500吨级船舶实船试验。重点探讨了对接水位差、船舶进出船厢航速对厢内水面波动特征值的影响,给出了船厢内波动振幅与水深和水位差的经验公式,分析其对船厢和船舶航行安全的影响。实船试验成果验证了景洪升船机500吨级船舶通航安全性。     

构皮滩通航设施第一级中间渠道水力学观测与实船试验

依托乌江构皮滩通航工程，开展了含长距离通航隧洞中间渠道的水力学观测与实船试验，揭示了中间渠道波动传播时空变化规律及船舶航行特性。观测表明：中间渠道波动传播速度约5.0～6.8 m/s,波幅与水面宽度呈反比，中间渠道两端的水面波动最大，通航隧洞内次之，大型渡槽交汇区波动最小；在中间渠道船厢卧倒门启闭产生的波幅在2 cm内，船舶正常航行产生的最大波幅约10 cm以内，主要波动周期为120～160 s,水面波动对船舶航行富余水深影响不大；船舶在中间渠道正常航行速度达到了设计指标，最大下沉量发生于船舶出厢连续加速阶段，实测上行和下行最大下沉量分别约25和13 cm,船舶在中间渠道内航行下沉量约10 cm以内，富余水深较大，通航隧洞断面设计总体合理。     

龙滩第二级升船机船舶出厢过程水力特性综合研究*

龙滩水电站通航建筑物为两级带中间渠道的垂直升船机，设计船型为1 000吨级机动驳。通过物理模型试验的方法，进行船舶出龙滩第二级升船机船厢的试验，研究船舶出厢过程中船厢内水面波动、船舶下沉量、对接锁定机构荷载等水力特性。研究结果表明：从升船机对接安全和船舶航行安全角度出发，为满足最大吃水为2.4 m的1 000吨级船舶过机，船厢设计水深3.5 m，船舶出厢航速应≤0.7 m/s。     

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。     

构皮滩升船机中间渠道通航隧洞和渡槽的尺度研究

构皮滩水电站通航建筑物采用带二级中间渠道的三级垂直升船机方案,其中第一级中间渠道由单线通航隧洞、渡槽、明渠及错船段组成。采用水工物理模型和船模试验,对第一级中间渠道的航行水力条件、单线通航隧洞和渡槽的尺度进行了系列研究。结果表明,船舶航行阻力、下沉量和渠道内水位波动随着船舶航速的增大而增大,一定航速条件下,渠道内还将产生横波,对船舶航行安全影响较大,应避免;错船段和单线渠道的连接应平顺,并应注意船舶从单线渠道航行至错船段时,因阻力减小,造成航速突然增大的影响。试验提出了不同航速条件下的单线通航渠道合理尺度,优化了错船段的位置,建议单线渠道宽采用18 m,水深不小于3.0 m,船舶航速小于等于1.2 m/s。     

船舶航速优化原理研究

恒速航行原理是船舶航行节能的一个重要规律。将船舶航速的优化抽象为对目标函数求极值的数学问题,分别建立离散、连续时间模型,分析讨论了固定时间端点与滑动时间端点不同边界条件对模型求解的影响。结果表明,恒速航行船舶总耗功最小;优化航速不仅与航行要求如规定的路程、时间有关,还与推进功率系数及辅助功率有关。研究方法可为船舶航行降低功耗以及制定航行计划提供参考。     

混合对转推进系统设计与实船应用研究

为全面深入了解混合对转推进系统实船安装对船舶性能影响,为数值仿真和性能预报提供实船参考数据,以集装箱运输船为应用对象,提出了一种把吊舱推进器集成在挂舵臂上的混合对转推进系统(CRP-POD),详细阐述了CRP-POD的系统构成、工作模式和电气控制系统实船设计方案。通过实船试验和运行数据分析,安装混合对转推进系统的船舶与同系列安装常规推进系统的船舶相比,特定航行工况下航速有2~3%的提升、回转能力有所降低、航向稳定性上优于常规船。     

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。     

枢纽下游泄水波传递及对船队航行影响研究

根据已建枢纽非均匀下泄水流的调度和实测资料,采用二维水流数学模型研究模式,结合水流对船舶的阻力计算,研究了泄水渡传递运动规律和对上行船舶的阻滞作用.研究表明:泄水波波锋处产生的附加水面比降和流速与泄水波产生前水面比降和流量以及枢纽下泄流量方式有关,泄水渡传递速度呈沿程递减、波峰逐渐坦化规律.通过对碍航河段采取工程措施减小水流流速以及减小枢纽泄流变化幅度、延长流量增加的调度时间等方法,可减小泄水波尺度,削弱水流对行船的阻滞作用,有效改善船舶上滩条件.     

船行波对港口的影响

目前常规的港口设计中未考虑通航船舶对港口设施的影响,随着我国航运业的飞速发展以及船舶大型化的趋势,船舶活动对港口的影响也越来越大。归纳了大型船舶在港区及航道的不同通航条件,采用英国标准CIRIA C683中推荐的船行波计算公式对各种情况下通航船舶的船行波进行初步计算,分析船行波对港口的影响,并指出在港口设计中需要考虑船行波的情形。     

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。