基于数值模拟方法的深潜水作业支持船快速性综合优化

针对一型具有水下多种工程作业功能的3 000 m深潜水作业支持船这一大型复杂船型,基于数值模拟方法进行快速性综合优化研究。数值模拟船体艏部形状、艉封板高度及小尾鳍角度等变化,分析艏艉部线型的改变对船体阻力及伴流的影响。根据分析计算结果综合优化船体线型,预估船舶航速,并在水池对最终优化后的船型进行模型试验。结果表明:试验结果与数值预估结果吻合,验证了数值计算的准确性以及大型复杂工程船型线综合优化设计思路的正确性。     

7万吨级成品油船线型优化设计

介绍了当前国内外市场需求量较大的船舶品种之一--7万吨成品油船的船体线型优化设计,共进行了两次优化设计（艏部改型和艉部改型）,派生出三个不同的船型方案,其中包括两个不同的球艏和两个艉线型方案.船模试验结果表明：在设计航速处,改型方案2较方案1（原型）的兴波阻力下降21%,在较大的航速范围内其有效功率下降4.5%～1.9%,推进效率提高2.5%;而改型方案3则较方案1（原型）的兴波阻力下降30%,其有效功率下降5.7%～3.1%,推进效率提高2.6%.将其与现有同类船型的性能进行了比较,证明该船的最终船型方案是优秀的,改型是成功的.同时,本文也结合近代大方形系数船舶的船型特点,就艏艉线型变化对船舶阻力及推进性能的影响（特别是对船舶快速性能影响较大的横剖面形状、浮心位置、设计水线以及球艏形状）也进行了较为详尽的分析,提供了某些较佳尺度及参数范围以供设计人员参考.     

超大型液化石油气船线型优化设计与试验

为开发具有国际竞争力的超大型液化石油气船(VLGC)船型,并为我国船厂获得VLGC的订单提供技术支持,基于CFD数值分析对VLGC进行设计吃水状态的线型优化研究.优化的线型波形平缓,船体表面压力分布均匀,艉部桨盘面伴流分布均匀,模型试验结果与CFD计算结果吻合良好.模型试验结果表明,最终优化设计的线型阻力低,能效高,船舶航速指标先进.对开发的新船型进一步开展不同纵倾压载状态的比较试验研究,结果表明,合理地调整压载纵倾值能有效改善压载状态的阻力性能,降低能耗.     

基于数值模拟方法的深潜水作业支持船快速性综合优化

该文针对一型具有水下多种工程作业功能的 3000 m 深潜水作业支持船的大型复杂船型,基于数值模拟方法进行了快速性综合优化研究。通过数值模拟,对于船体首部形状、尾封板高度及小尾鳍角度等变化,分析了其改变的首、尾部线型对船体阻力及伴流的影响；根据分析计算结果综合优化了船体线型,预估在限定功率下的船舶航速,并在水池对最终优化后船型进行了模型试验。结果表明：试验结果与数值预估结果吻合,验证了数值计算的准确性以及大型复杂工程船型线型综合优化设计思路的正确性。     

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%.     

高能效江海直达散货船线型开发研究

以两万吨级江海直达散货船为研究对象,以提高能效为目标,结合船舶CFD数值分析和模型试验手段,对船舶的艏型与尾型选择,艏部水线与横剖线设计以及艉部双艉鳍倾角、间距、大小、形状等方面进行了分析研究。最终开发的线型采用新型直型艏和非对称双尾鳍,波形平缓,船体表面压力分布均匀,阻力低;经尾鳍后形成了有利于外旋桨工作的预旋流,螺旋桨推进效率高,船舶能效设计指数(EEDI)相比国际公约要求的能效设计基线降低了30%以上,成功开发的新船型将成为新一代江海直达船型的引领船型。     

基于CFD的海工支持船纵倾优化

海洋工程支持船(OSV)因其船型特点,以一定航速航行时姿态较静止时的浮态会发生变化,进而会影响船舶的阻力。为减小船舶阻力,纵倾优化是一种非常有效的手段。首先运用CFD手段,通过对y+、湍流模型及网格依赖性等方面的研究,建立了适用于该类船型阻力计算的数值方法。在此基础上,对两型尺度相近,但不同线型的OSV进行了纵倾优化,数值模拟的结果发现纵倾优化在不同船型、不同线型、不同航速下而呈现不同的特点,为船舶实际运营中提供了指导。     

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。     

穿浪单体船型水动力性能的CFD数值模拟研究

为了研发低阻、高耐波性新船型,以某圆舭船型为参考船型,设计了穿浪内倾深V型主船体,并设计了半潜艏和水滴形球鼻艏两种形式的艏部附体。基于CFD数值模拟分析不同主船体和艏部附体对于船舶横摇稳定性、静水阻力和耐波性的影响。通过水池模型试验进一步研究不同船型的耐波性,并验证了CFD数值方法的准确性。研究表明,深V船型的横摇和纵摇稳定性优于圆舭船型,且在高航速时深V船型的静水阻力性能也优于圆舭船型。在高航速下,水滴形球艏有利于减小深V船型的兴波阻力和波浪增阻,而半潜艏对于提高船舶纵向稳定性具有更加显著的效果。     

2200箱集装箱船球鼻首优化

航运业的发展必然伴随着能源的大量消耗,船舶节能减排迫在眉睫,球鼻首型线设计对船舶的节能减排、发展绿色船舶技术意义重大。以2 200箱集装箱船为研究对象,使用CAESES软件对球鼻首部分进行参数化建模,对比参数化前后船体模型的静水力数据,以确保球鼻首参数化之后模型的精确度,集成SHIPFLOW软件,以兴波阻力为目标函数,使用遗传算法对球鼻首参数化之后的船型进行阻力性能优化。结果显示,该船型在设计航速19 kn下进行优化之后,兴波阻力降低了4.137%,总阻力也得到改善,优化之后的船型在低速15 kn时阻力也相对有很大降低。     

基于CFD技术的散货船线型优化研究

随着CFD技术的逐渐成熟,该技术已被应用于线型母型的选取和线型优化等设计流程中。依托"计算流体力学的实用化研究"项目,以17.5万dwt散货船为研究对象,应用CFD软件和优化软件来改进该船的阻力性能及伴流场。选取船体艏部三个特征参数和艉部两个特征参数作为优化变量并针对每个改型进行数值模拟,并将该船原型及艏、艉部分别优化所得线型进行模型试验,试验结果与数值研究方法的结论一致。     

赤水河机动驳新船型浅水快速性能试验研究

针对两艘机动驳船,其一为赤水河现有优秀船,隧道尾型称为对比船,其二为武汉理工大学开发研制的双尾新船型,称为设计船,进行了不同水深、不同装载工况的浅水阻力性能、推进性能试验研究.探讨了不同船型、水深变化和装载工况变化对船舶浅水快速性能影响,给出了一些有益的结论.     

一种实用船型设计方法

介绍船型设计中对兴波阻力影响最大的两个因素--横剖面面积曲线和球鼻首的设计方法.20年间,结合实用船型的特点,采用该方法研发出一种对中高速船行之有效的船型设计程序,并先后对四种具有完全不同尾型的实用船型进行优化设计,即1984年完成的球首长轴套新船型、1988年完成的球首蜗尾新船型、1992年完成的球首双尾新船型、2002年完成的球首常规尾沿海客滚船新船型,都取得了良好的消波、减阻与节能效果.在设计航速下,与各自的对比船型相比较,四种新船型均大幅度减小兴波阻力,减小剩余阻力20%以上,节省有效功率分别为16.2%、5.5%、5.8%、10.3%.     

基于SHIPFLOW软件的方尾舰船阻力快速预报

SHIPFLOW软件被广泛应用于基于阻力的船型方案优选,但其对舰船阻力预报的适用性却少有研究。为确保舰船方案论证及优选结果的准确性,针对常规水面舰船方尾船型开展计算分析,提出适用于方尾舰船兴波阻力计算的网格划分方式以及获取兴波阻力系数的方法。为准确估算舰船阻力,可引入排挤厚度来修改船体型值,以在兴波阻力计算中等效计入粘性影响,并在此基础上形成舰船阻力快速预报方法。将某方尾舰船阻力数值计算结果与试验结果进行了对比,结果表明,预报误差基本控制在7%以内,验证了该方法的可行性。     

艏艉破冰模式极地船冰区划分及冰载荷弯矩剪力对总纵强度的影响

对于首尾破冰模式的极地船舶，规范中并没有详细给出其冰带划分的方法，仅仅提到尾部破冰参考艏部破冰区域划分，但由于船体尾部线型和艏部线型差距较大，故并不能很好的适用，本论文以一艘PC4级110kt极地原油船为例，就此针对尾破冰模式进行冰区带划分。 另外冰载荷产生的弯矩剪力对船体总体强度的影响也在本文中论述。     

三体槽道船船型设计及阻力性能研究

基于原三体风电维护船船型,结合M型船主要特征要素设计改造出三体槽道风电维护船。利用数值仿真技术模拟出M型风电维护船在中高航速下船底槽道的水气两相流变化,并在此基础上进一步探索船体槽道高度、长度的变化位置对船体总阻力的影响,最终确定阻力性能较优的船型方案,从而为海上三体槽道风电维护船船型设计提供参考。     

M型风电运维船船型设计与波浪增阻和耐波性能研究

本文基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船船型设计提供了一定的参考和借鉴。     

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进,操纵及船体振动性能等影响的观点,研究尾部三维伴流场,介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力,自航及伴流场等比较试验结果表明,非对称双尾鳍船具有两大优点,首先,该船型能在浆前方产生一个与外旋浆旋向相反的预旋流,在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋浆推进效率8％,获得阻力,推进,操纵各性能间的最佳配合,第二,轴向伴流分布比较均匀,满足BSRA5项衡准指标,改善了螺旋浆工作的流场条件,减少了螺旋浆产生空泡及其诱导船体激振的危险,使节能与减振得到统一,最后还介绍了该船型首制船“宁安1号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。     

半滑行船扰流板阻力试验研究

半滑行船的航行姿态对船体阻力影响较大。为研究扰流板对半滑行船的降阻作用,首先在3种典型载况下,确定了船模未加扰流板的阻力、纵倾及升沉;然后在这3种载况下,于船模艉部添加扰流板,与静水未添加扰流板时船模的阻力和航态作比较,且不同航速时扰流板的设置不同。实验结果表明:合理的扰流板高度可以减小半滑行船的纵倾角和阻力;扰流板的降阻效果与船模的压载有关,其中满载情况下的降阻效果最为明显,最大可达6%。     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。