基于CFD的排水型三体无人艇阻力优化研究

为预报某三体无人艇的静水航行阻力,利用STAR-CCM+软件对船体进行计算流体动力学仿真。基于船体的航速和排水量等设计参数,考虑侧体纵向位置和侧体船型2种因素,选取不同设计方案进行计算。结合后处理得到的流场特征对仿真结果进行分析,总结阻力变化规律,探讨船体水动力性能的变化机理。结果表明：侧体纵向位置后移可减小片体间兴波扰动,减阻率最大约6.7%;改变侧体型宽会小幅度降低船体压阻,其最大减阻率约4.5%。汇总多种船型方案的计算结果,为三体无人艇的后续研究提供参考。     

重心位置对水翼复合小水线面双体船阻力性能的影响

本文采用Star-CCM+计算软件来研究重心位置对水翼复合小水线面双体船阻力性能的影响。以静排水量为1000t的水翼复合小水线面双体船为研究对象,研究不同速度下重心位置对于船体阻力性能的影响,对提高复合船型的阻力性能有重要意义。     

高速双体船阻力特征及其应用

双体船的阻力特点是片体波系间相互有干扰。当处于有利干扰时，双体船的阻力小于两个单独片体的阻力之和。干扰的实质是片体间波系的横渡干扰。作者根据三种不同横剖面形状的高速双体船在不同间距比和排水量长度系数下的阻力试验资料，分析船型、间距比、排水量长度系数对阻力的影响，得到高速双体船的有利干扰起始点Fr0和片体间流动阻塞时的FrR0根据本文推荐的Fr0和FrR计算公式，可以选择恰当的航速、间距比和排水量长度系数以满足Fr0＜Fr＜FrR，使高速双体船处于低阻的有利干扰状态。     

高速轻型穿浪双体船船型及性能试验研究

开展了140 t级高速穿浪双体船船型研究及阻力、耐波性系列模型试验,比较分析了三种典型穿浪船船型阻力、纵向运动性能的差别,确定了综合性能最佳的型线方案.对优选的型线方案,进一步开展了航态优化试验、变间距比、变长宽比、变重心纵向位置的阻力对比试验,不同间距比的静水横摇及不规则波横摇试验.指出了高速轻型穿浪双体船阻力和耐波性能的影响因素及其变化规律.     

三体船型的功率特性

研究展示了通过数值计算及试验得出的一艘大型三体船型的设计及其功率特性。该三体船有一个中间主船体及两个侧体或舷外浮体。在三体船概念中，主船体和侧体形成的兴波干扰对三体船型的设计具有影响，但如果侧体位置适当，有可能大大减小兴波。主船体和侧体间兴波相互干扰主要受纵向位置及其傅汝德数的影响，而其横向位置的影响较小。高速时，当侧体位于主船体中部时产生的影响较小，当侧体位置在x0/L＝0．3时，产生干扰阻力较大。当航速大于30kn（Fn＝0．325）且侧体位置最佳时，三体船要求的有效功率较相同排水量单体船低。     

三体船侧体阻力特性研究

近年来，全球对增速、扩容的小型船舶需求不断增增大，这种对高速船，特别是对车/客渡船及小型水面战舰的需求，引起对非常规船型-具备超高速及大容量的船型的研究，双体船和小水线面双体船在这方面使用较多，另一种可以作为这种用途的非常规船型的研究，双体船和小水线面双体船在这方面使用较多，另一种可以作为这种用途的非常规船型是三体船，与双体船相比，三体船具有高速时相对低的功能要求、甲板面积更大、机械装置更通用的潜力，论述了侧体位置、对称性、排水量及攻角对三体船阻力特性的影响。这项研究旨在产生一个有用的设计方法，使三体船阻力特性量化，该方法使设计师在进行三体船概念设计时，在水动力特性与其他设计因素之间进行合理权衡。     

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%.     

基于阻力图谱的船型参数敏感度分析

目前,已定性掌握船舶主尺度及主要船型系数对船舶阻力性能的影响趋势,但各个船型参数对阻力性能的具体影响程度仍不明确。为了确定各船型参数对阻力数值的贡献率,基于泰洛系列剩余阻力系数图谱,通过回归分析法,利用Isight软件在不同航速下对棱形系数、排水量长度系数以及宽度吃水比进行对剩余阻力系数的敏感度分析。结果得出各参数对剩余阻力的敏感度指数,并验证了已知船型参数对阻力的影响趋势。结果表明,敏感度分析结果具有较高的可信度,对于船舶设计具有一定的指导意义。     

三体船粘压阻力预报方法

三体船快速性的研究是三体船新船型开发技术的支撑。通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同航速下三体船的粘压阻力进行计算。试验研究采用将三体船侧体分别放置在船中、船前部和船后部3个不同的纵向位置以及距船中心线3个距离不同的横向位置,测量9个侧体位置下三体船在静水中的总阻力。运用第八届ITTC公式计算摩擦阻力系数,进而算出剩余阻力系数。通过数值模拟的方法,基于细长体理论对三体船兴波阻力系数进行计算,再根据三因次换算方法计算粘压阻力系数。得出不同构型下三体船在静水中的粘压阻力系数,并作出其随Fr数变化的曲线,观察在侧体位置不同的情况下,三体船的粘压阻力系数随航速变化的规律。根据所得粘压阻力系数曲线,提出初步预报三体船粘压阻力系数的一种简单方法。     

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。     

船舶进出承船厢水力特性试验

采用遥控自航船模和牵引船模相结合的方法,对船队进出船厢的水力特性进行了试验。成果表明:船队进出厢的航行阻力和下沉量取决于船厢断面系数和进出厢的速度。断面系数减小,航速增加,阻力和下沉量增大;出厢的阻力和艉沉均大于进厢;结合国内的部分研究成果以及国内外的工程实践,初步提出了承船厢尺度的确定原则。     

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。     

高密度中低速全垫升气垫船越峰问题的探讨与实践

1吨级试验艇属于高密度中低速气垫船,其与气垫密度成平方关系的阻力峰值较大而设计推力相对较小,经采取措施解决了越峰困难问题。原阻力计算方法在阻力峰值处的计算结果不够精确是原因之一,故根据移动压力面兴波理论编制了直接计算兴波阻力的程序,使计算越峰所需推力更接近试验结果。理论计算与工程实践表明,在设计高密度中低速气垫船时需特别关注越峰性能校核,建议第一阻力峰处设计越峰裕度在原计算方法基础上应修正至不小于30%为宜。     

集装箱船配载问题的粒子群算法研究

针对集装箱船配载优化中的Bay位优选问题,提出以倒箱量、重心横向偏移和初稳性高为目标,以箱位与Bay位的一致和Bay位重量为约束条件的数学模型,提出一种多目标离散粒子群算法(MODPSO)求解之,得到该算法优化后的Pareto解集和Pareto解迭代过程中的变化趋势图,为集装箱船配载问题提供多种方案以供备选,从而达到在提高集装箱船装载效率、节约装载成本和时间、使集装箱船获得稳定航行状态等目标间取得更好平衡的目的。     

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。     

一种新型水上减阻仿生技术研究

传统排水型两栖车辆航速在15km/h时出现"阻力墙"现象,致使水阻力急剧增大,限制航速进一步提升。文章从蛇怪蜥蜴高速踏水方式构思,基于固-液体高速作用动力学原理,提出了一种基于改变两栖车体航态的仿生减阻技术。其依靠仿生叶轮与水的高速作用产生向上托举力和向前推进力,将两栖车体托举出水面,进入高速滑行状态,从而避开"阻力墙"现象。仿真分析了刚性叶片夹角θ、入水深度h、转速ω等物理参数对水动力性能的影响,着重讨论了转速ω的影响,并给出了临界范围。结合先期原理试验,初步验证了此仿生技术能够实现两栖车体辆从排水状态进入高速滑行状态,从而避开"阻力墙"现象,达到减少水阻力的目的。     

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。     

圆舭折角高速船型线参数化设计及其阻力性能分析

船长傅氏数位于0.3～0.7之间时,排水型圆舭折角船型体现了较好的快速性和横摇缓和性能.在分析船体几何特征的基础上,基于NAPA设计软件编制了参数化型线设计程序,并利用Fluent软件对生成的不同几何模型进行了阻力性能分析,为圆舭折角船型型线的快速生成和折角线长度的确定提供了一定的借鉴.