新型综合科学考察船(SWATH)综合航行性能优化设计研究

2500吨级新型综合科学考察船采用小水线面双体船(SWATH)船型,系目前中国自行研究、设计的排水量最大的SWATH.围绕该船设计要求及具体特点,应用中国船舶科学研究中心在SWATH研究领域的最新研究成果一大型化、浅吃水SWATH船型优化设计及性能预报技术,对该船设计开展了系统的综合优化研究.文中给出了针对新型综合科学考察船的优化设计结果,并给出了有关优化方案的阻力、耐波性及自航模型水池试验结果,验证了该船优良的综合航行性能.     

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具.文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1 100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性.     

基于细长体理论的小水线面双体船操纵性预报

小水线面双体船(SWATH)由于具有良好的船舶快速性、耐波性、稳性和效率高等特点,已经成为新船型的代表。根据小水线面双体船的船型结构特点,在操纵运动数学模型的基础上,充分考虑小水线面船的结构特点和双体、双桨、双舵之间水动力的相互影响,采用细长体理论计算了附加质量、附加惯性矩和线性水动力导数,编制了双体船操纵运动预报程序,并结合实例对SWATH的操纵性能进行了预报。     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.     

沈括号小水线面双体科考船综合航行性能优化

沈括号小水线面双体型(SWATH)科考船由上海泰和海洋科技有限公司委托,中国船舶科学研究中心(CSSRC)自主研发设计。该船总长63.0 m,满载排水量2 246.0 t,已于2019年3月份建成交船。该SWATH船型围绕设计要求,应用中国船舶科学研究中心在SWATH研究领域系统研发的最新研究成果,开展了综合优化设计及性能预报工作。本文针对设计螺旋线,介绍了"沈括号"的优化研究设计及优化方案的快速性、耐波性、操纵性评估及预报结果,其优秀的综合航行性能在实船试航及马里亚纳海沟海域处女航中得到了充分验证和展示。     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析（英文）

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究。通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著。     

小水线面双体船波浪载荷预报研究

针对某大型小水线面双体船,进行波浪载荷直接计算。根据规则波中波浪载荷RAO特性和其波浪载荷的长期预报结果,确定该船的设计载荷。并将该设计载荷与CCS《小水线面双体船指南》(2005)中设计载荷进行对比和分析,指出规范对于大尺度大排水量小水线面双体船波浪载荷计算的局限性。同时,由该船波浪载荷长期值沿船长和船宽的分布,分析其波浪载荷的分布规律,为工程中大排水量小水线面双体船的结构设计和加载计算提供参考。     

基于水弹性力学的SWATH船结构振动与噪声分析

文章以三维水弹性力学理论为基础,提出了综合考虑波浪与设备机械激励下的船体结构振动分析方法,并对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体的固有频率特性,及在试验工况与航行时受发电机激励下的局部结构振动响应,并与实船测量结果进行了对比。结果表明,该方法对于船体总振动、及船体受机械激励作用下的强迫振动分析预报是有效的,可应用于工程设计。同时,利用水弹性方法对SWATH船在波浪中的辐射噪声与近场噪声进行了预报,数值预报结果与试验进行了对比,表明该方法在噪声分析中也是可行的。     

片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷.在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要.本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报.采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较.通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据.     

小水线面双体船波浪载荷研究

摘要：针对某大型小水线面双体船,进行波浪载荷直接计算。根据规则波中波浪载荷RAO特性和其波浪载荷的长期预报结果,确定该船的设计载荷。并将该设计载荷与CCS《小水线面双体船指南》中设计载荷进行对比和分析,指出规范对于大尺度大排水量小水线面双体船波浪载荷计算的局限性。同时,由该船波浪载荷长期值沿船长和船宽的分布,分析其波浪载荷的分布规律,为工程中大排水量小水线面双体船的结构设计和加载提供参考。     

小水线面双体船在波浪中的运动响应预报

用切片理论方法发展了SWATH船耐波性预报程序，提供了390t方案的油田小水线面交通船计算分析结果，包括规则波中纵向运动频率响应函数的计算及不规则波中各种海况下的运动有义值预报。     

直/斜支柱SWATH的兴波阻力预报

斜支柱小水线面双体船(SWATH)除具备常规SWATH优异的阻力及耐波性能以外,还具有优良的隐身性能,目前世界上唯一一艘斜支柱SWATH是美国海军建造的“Sea Shadow”号。本文针对一型直支柱SWATH和自行开发的一型斜支柱SWATH,以Noblesse的新细长船兴波阻力理论为基础,开发了一种新的算法,所预报的兴波阻力与试验结果吻合良好。本文的工作可用于直／斜支柱SWATH船型的开发和优化。     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

海上长球首尾双体风电维护船阻力和耐波性能研究

近年来,海上风电场迅猛发展,风电维护船成为迫切需求。借鉴小水线面双体船优良的阻力性能和穿浪双体船优秀的耐波性能,根据中国海上风电场维护船航行的环境和使用特点,选用阻力和耐波性能优良的长球首尾双体船型作为风电场维护船型。在此基础上采用CFD数值仿真计算阻力性能,运用NAPA软件计算耐波性能。从而得到不同条件下较优良的船型,为海上风电维护船的设计提供一定的参考和借鉴。     

Local structural response to seakeeping and slamming loads

A common approach to investigate the response of a structural detail such as a hatch corner is to compute the seakeeping loads using a linear 3D Boundary Element Method (BEM) and transfer the seakeeping loads to a Finite Element (FE) model of the ship structure. This approach is suitable for computations of the fatigue loading of structural details near amidships because a majority of the fatigue loading will occur in mild sea-states where the loading may be assumed linear. However, the linear seakeeping model may not hold when one investigates the ultimate response of the local bow structure of a ship which is designed to remain operational in severe conditions, for example, a frigate. A linear seakeeping analysis will significantly underpredict the loading at the bow because both the impulsive slamming loads and the non-linearities in the non-impulsive wave loads will contribute significant to the structural loading.The non-linear loads require one to first derive a short-term distribution of the local structural response before the ultimate value of the response can be derived. A method to compute the short-term distribution of a structural detail is presented in this paper. The first step is to perform seakeeping analyses which includes slamming, non-linear Froude-Kryloff and hydrostatic loads. The short-term distribution of the total hydrodynamic loading at the structural detail is obtained by simulating the seakeeping response for several hours. The response of the local structure is computed for the most severe impacts found in the seakeeping simulation. The hydrodynamic loading, including the non-linear contributions, is transfer to the structural model and the structural response is computed using the FE-method. The results of the structural analyses allow one to transform the short-term distribution of the structural loading to a short-term distribution of the response of the structural detail. A designer can obtain the ultimate structural response by entering the probability at which one accepts overloading of the structure in the short-term distribution of the response of the structural detail.     

93.5m打桩船设计研究

在20世纪,我国的打桩船均在内河和港内作业,船型小、功能低,21世纪初,随着我国海洋工程的发展,大型海上作业必须配备超大型打桩船。93.5m打桩船能打直径3m、主桩重120t的大型钢桩,该船为非自航箱型船,能抗7级风(蒲氏风级)、水流速≤0.3m/s、有义波高H1/3=0.8 m。设计过程中,研究了该船的主尺度、线型、不同工况稳性校核、船体结构、移船定位、锚泊设备、桩架受力分析和结构设计,并进行了耐波性和不同环境条件的锚系泊受力分析,经总体设计,在结合专家评审方案设计的基础上,完成施工设计并建造成功。该打桩船以优异的作业性能受到用户青睐。     

基于三维移动脉动源格林函数的SWATH耐波性数值求解

文章基于Bessho 型三维移动脉动源格林函数(Three Dimensional Translating-pulsating Source Green Function, 3DTP),开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hull,SWATH)耐波性数值求解方法研究,计入了对SWATH运动计算有较大影响的因素:两片体之间的兴波干扰、粘性阻尼和稳定鳍的影响.求解了SWATH-6A波浪中航行时的波浪力和纵向运动,通过与切片法结果和试验结果比较验证了计算方法.结果表明,基于3DTP的运动计算结果优于切片法结果,特别是纵摇运动预报较好,与试验值吻合更好.     

水面舰船迎浪航行时大幅运动预报的切片算法

将预报船舶运动和波浪载荷的切片理论加以扩展，应用于有限深水中船舶迎浪航行时大幅纵向运动和波浪载荷的时域求解。预报结果体现出考虑了湿表面及化后引起的船舶运动和受力的非线性性质。本计算方法简便、实用，适用于船舶纵向大幅运动预报。