高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法,对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼—船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算的需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高。模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20%～30%。     

带自控翼穿浪双体船纵向运动研究

减小穿浪双体船在波浪上的纵向运动对提高其性能具有非常重要的意义。本文在传统固定水翼和尾压浪板的基础上引入自控翼系统,根据切片理论,利用Matlab编程计算穿浪双体船的纵向运动。根据计算和试验结果分析得到水翼的最佳运动控制方式,进而得到穿浪双体船带自控翼时的纵向运动。对比结果表明,自控翼系统可以较大地减小穿浪双体船的纵摇幅值。     

接近水面航行时水翼的性能

全浸式水翼接近水面航行时的性能试验在日本神户商船大学的船模拖曳水池进行，试验中采用测力计测量了其升力和阻力。同时还在神户商船大学的船模试验水池和循环水槽中观测了水翼周围的水流特性，供试水翼采用玻璃钢手工制作。翼剖面类型为NACA2410型。试验变量包括攻角、浸深和进速。为了能详细地探讨分析水翼的性能和水流特性之间的关系，对其浸深和进速进行了多种变化。试验结果概括如下：（1）在低傅氏数范围内，水翼性能急剧变化；（2）在小浸水深度情况下，在以浸深定义的傅氏数范围（Fr-I=1.0-1.3)内，升力性能显著下降，并在Fr-I=1.1的附近，升力下降到最小值；（3）在此附近，恰好在水翼的上面可观察到碎浪现象，碎浪以进速向相反方向位移；（4）在大浸水深度或大傅氏数Fr-I的情况下应用了沃德林（Wadin)估算法，但是在水面效应对水翼性能影响较大的范围内，不能应用该估算法。     

双体水翼船水翼连接结构分析

本文从结构静力响应出发，将双体水翼船水翼及支柱简化成力学模型，用有限元法计算水翼及支柱的应力，校核其强度及稳定性，并给出了水翼、船体与支柱的连接形式。     

穿浪双体船T型水翼状态反馈H∞控制器设计

穿浪双体船在海洋中高速航行时,纵向运动会对其性能造成不利影响,产生的垂向加速度使乘员晕船,设备短期失效。为了解决此问题,首先建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动模型,然后运用切片理论求解运动方程中的水动力系数,将随机海浪作为外界干扰,以T型水翼为纵向运动稳定装置,进而建立带T型水翼的穿浪双体船纵向运动模型。最后以90 m长的穿浪双体船为研究对象,利用状态反馈H∞控制策略设计控制器,对船体的纵摇和垂荡进行仿真实验。结果表明:状态反馈H∞控制器可有效地减小船舶纵向运动,降低晕船率,为减小高速船纵向运动提供可靠实用的方法。     

基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明：当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。     

水翼增升穿浪双体船的开发研究

本文介绍了作者在对穿浪型双体船型线参数的船模试验研究的基础上，通过在两个片体间引入一个和二个增升水翼，对一些主要的船模参数进行了系列优化试验，由此获得的水翼增升穿浪双体船显示了其优越的水动力性能。该船型可应用于遮蔽和沿海海域或作为海峡高速渡轮。     

基于LQG的穿浪双体船垂向运动控制系统设计

穿浪双体船独特的船体结构使得其横摇运动较小,但在高海况高航速行时垂向运动比较剧烈,为此需要一种有效的控制系统来解决问题。本文设计的控制系统由船首的T型水翼和船尾的纵倾调整尾板构成,运用合理的控制策略使二者统筹配合,发挥最优的减摇效果。首先建立双体船的垂向运动模型,利用切片理论求解水动力系数;然后采用Fluent仿真分析T型水翼和纵倾调整尾板的水动力特性;在此基础上设计LQG控制器,对不同海况下的穿浪双体船的垂向运动进行仿真研究。结果表明,运用LQG控制策略设计的运动控制系统能够很好地抑制双体船的垂向运动。     

川江水翼客船的水翼设计及舒适性探讨

介绍了川江水翼客船的运营现状和存在的问题 ,对传统割划式水翼系统和浅浸全浸水翼系统进行了比较 ,分析了不同的水翼系统对横侧运动稳定性的影响 ,对水翼的刚度、水翼的快速性进行了论述 ,认为两种水翼系统各有所长 ,均有各自最适用的场合。     

振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究

文章研究了粘性流场中半圆柱振动产生的旋涡对二维摆动水翼推进性能的影响。利用数值方法计算了振动半圆柱尾流中二维摆动水翼的水动力性能。计算结果表明,半圆柱涡和水翼涡之间存在4种相互作用模式。相反旋向的半圆柱涡和水翼涡相互作用时,摆动水翼的平均推力系数最大。相同旋向的半圆柱涡和水翼首缘涡相互作用并且最终融入到水翼尾缘涡时,摆动水翼能够从半圆柱涡中吸收能量。     

高速双体船船型及降阻措施

本文根据三条不同船型高速双体船模型的试验结果，讨论了船型及片体间距对阻力的影响。同时，为了降阻目的，还进行了安装尾压浪板、消波水翼以及首压浪条等模型试验。试验结果表明：这些措施只要恰当地应用，将是有收效的。     

水翼艇及其控制方法综述

作为高速船舶中的一种,水翼艇以其优异的快速性、耐波性、操纵性及经济性等特点得到广泛的发展和应用。本文首先概述了水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行了分析研究。重点总结了水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行了分类,对水翼艇的纵向控制方法研究进行了简要总结。最后,阐述了目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行了展望。     

基于多目标粒子群算法的翼剖面优化设计

船舶桨舵等装置均有水翼剖面组成,为了得到水动力性能更好的桨舵装置,需要对水翼进行优化设计。基于iSIGHT优化平台,采用粒子群优化算法,以保证水翼剖面升阻比和改善水翼表面压力分布为优化目标,进行多目标水翼优化。通过改变水翼剖面的拱度分布和厚度分布进行优化设计。优化后得到的最优剖面相对于原始剖面,明显增加了剖面的最小压力系数,并适当提高了升阻比,从而提高了水翼剖面的空泡性能和升力性能。因此,验证了利用多目标粒子群算法进行翼型优化设计的可行性。     

高速双体滑行艇加装水翼试验研究

双体滑行水翼艇是一种集双体滑行艇和水翼艇为一体的复合型高速艇,通过双体船增加艇自身横向稳性及其耐波性。在双体滑行艇两片体内侧增设滑行水翼面,在运动过程中,航速达到一定值后,水翼的水动效应为艇体提供一定的升力,使艇体上升,减小艇底湿面积及其阻力,使双体滑行艇阻力大大降低。双体滑行水翼艇兼备了双体滑行艇和水翼艇两者优点,双体滑行水翼艇综合解决了高速艇稳性和快速性问题,使艇的技术性能得到很大的提高。     

高速艇水翼减阻方案及翼滑艇阻力估算方法

文章介绍了高速艇上水翼减阻的原理以及三种不同类型的高速艇上加装水翼的技术方案及其达到的减阻效果,并给出了滑行艇首部加装水翼（即翼滑艇）后整船阻力的估算方法。基于三维非线性涡格法,建立了单独水翼/水翼组合体/多水翼系统的水动力性能理论计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可作为翼滑艇阻力估算中单独水翼水动力性能的计算方法。算例结果表明,文中的方法可用于单独水翼/水翼组合体/多水翼系统和滑行艇加装减阻水翼的初步技术方案设计。     

面向21世纪世界海上快速运载工具的发展前景

本文简略但全面地介绍了１９９３年在横滨召开的高速海上运输会议。高速船发展的趋势是把双体，穿浪，水翼，气垫技术渗透，互相杂交，用于高速渡船，客船和集装箱运输船的新设计上。有几种船艇已建成，但多数新设计仍在研究发展修改。本文列举了日本，挪威，俄国和欧洲的发展现状。     

进水口流动对水翼组合体水动力影响的试验研究

为研究进水口流动对水翼组合体水动力的影响，开发了一套专用试验装置，可测量进水口位置和流量对水翼组合作升力和阻力的影响。试验获得了七种进水四位置的水翼组合体升力和阻力与进水口流量的关系。试验结果表明，进水口位置影响明显，一般地，进水口位于水翼压力面一侧有利于提高水翼组合体的升阻比。     

水翼艇静水翼航性能的一种计算方法

本文提供了一种水翼艇静水翼航性能的计算方法。本方法根据首尾单独水翼模型试验资料、水翼系统的干扰特性、几何条件和艇的平衡方程组等,借助电子计算机计算水翼艇在整个翼航范围内(包括起飞状态)的航行状态、阻力及推力等性能曲线。问题的关键之一在于准确地估计首水翼对尾水翼水动力性能的干扰效应。作者运用水翼升力线理论的某些结果导出了常用形式水翼系统尾翼处的平均液面下降和平均下洗角的计算公式,并以此计算值来修正尾翼的工作状态。实例计算结果和试验结果是一致的。     

“101”水翼试验艇的纵向运动及其控制

本文讨论了“101”水翼试验艇的纵向运动及其控制,给出了纵向运动方程。根据艇所遭遇的干扰是随机海浪,采用能量谱分析法,通过电子计算机进行控制系统的设计。并在转台上进行了物理模拟试验,对控制系统作了进一步检验。最后,在有、无自控的情况下进行了多次实艇海上对比试验。 实艇试验结果表明;控制系统效果显著,艇在3级设计海况中能高速平稳翼航,纵摇θ_(3％)<1.2°;升沉加速度h_(3％)<0.4g;水翼不跳出水面,浪亦未击艇体,达到了设计要求。     

基于MSC.Patran的水翼升力求解方法研究

根据已有的水翼升力面理论计算方法及成果,对水翼模型进行部分简化,并借助MSC.Patran实现了水翼模型和流场计算域的参数化建模,设置边界和工况后,对水翼航行中的升力使用有限元法进行迭代求解。与已有规律和试验结果对比表明,使用参数化建模和有限元法可以计算出水翼的升力以及自由面的形变数据。不仅减少了手工劳动,而且预报了水翼的升力及分布。