三体船操纵特性仿真研究

文章以三体船为目标船型,研究了三体船水动力导数计算方法,在建立适合三体船操纵特性计算的数学模型的基础上,对三体船的操纵特性进行了系统的计算机仿真,得出了回转轨迹、操纵性曲线、Z形试验曲线等具有工程实用价值的仿真计算结果。为进一步研究三体船的操纵特性提供了技术支撑。     

转舵速度对船舶操纵性影响研究

采用MMG分离式水动力模型作为船舶操纵运动数学模型，编写MATLAB程序进行操纵性仿真预报，结合一艘双桨双舵船舶在设计航速下的定常回转运动进行了数值模拟，分析了船在不同转舵速度的回转运动轨迹和相应参数，进而得出转舵速度对船舶操纵性的影响规律。     

全回转双桨船舶操纵性预报

为实现对全回转桨船操纵性的预报,根据船舶分离型运动模型的建模方法,考虑全回转桨在水平面上周转的灵活性与受力的特殊性,着重分析双桨受力,建立适用于全回转对转桨船模的MMG操纵运动数学模型;模拟船模进行PMM运动,求得水动力导数并采用四阶龙格—库塔法对操纵性常微分方程进行求解;对某工程船在静水中的回转运动和Z形操纵运动进行数值仿真预报,并将预报结果与自航模操纵性试验结果进行对比。结果表明,两者吻合度较高,验证了针对全回转对转桨船模所建立的船舶运动数学模型的有效性,可为全回转桨船的操纵性预报提供一种较为可靠且行之有效的方法。     

波浪中三体船非线性横摇运动近似解析解及特性分析

为了深入研究三体船横摇运动特性,本文应用多尺度法计算了波浪中非线性横摇运动的近似解析解,并通过数值方法及模型试验进行了三体船适用性验证.研究结果表明:三体船型的特殊性引起的非线性横摇阻尼和非线性恢复力使其具有特殊的横摇运动特性.其中,非线性阻尼主要影响横摇幅值变化,特殊的高阶非线性恢复力导致幅频曲线刚度渐硬,小阻尼共振状态下可能会发生不稳定大幅横摇运动.该研究从理论角度解释了三体船在波浪中可能表现出的与常规单体船不同的大幅横摇、跳跃、多值等非线性现象.     

关于双体船的操纵性

本文用理论一试验方法定性地讨论了双体船的操纵性。对二元双板用水电比拟方法断了附连质量的测定和在风洞中进行了阻力试验。应用了这些试验结果以及环流—分离短翼理论导出了双体船水动力特性的表示式。通过实例计算后作出如下经论:1.双体船片体间距愈小,航向稳定性愈差,进距愈小。这个结论的适用范围包括了宽度为双体船片体两倍的单体船情况,此时单体船看作是片体间距为零的双体船。2.片体间距对双体船回转性的影响极不显著,但宽度为片体两倍的单体船之回转性远比相应的双体船好。     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

水下拖体在回转操纵中的运动仿真模拟

水下拖曳系统为各种内河航道工程,近海港口工程前期的勘探活动提供了一种有效途径,当要求对某个目标进行详细探测时,需要拖船进行回转机动操纵,因此拖体运动轨迹准确位置的预报关系到能否完成对目标的探测。文章采用凝集质量法建立水下缆-体系统模型,编制计算机程序,程序模拟了不同回转半径、不同拖速回转操纵下的拖船与拖体运动轨迹,分析了回转操纵中影响拖体稳态及拖体深度的参数。同时,计算机程序仿真模拟了一个"8"字形拖曳操纵,仿真算例与相关文献进行比较,结果表明此计算机程序具有一定工程实用价值。     

时尚多体船

与同吨位单体船相比．多体船可获得较大的甲板面积、良好的横稳性．较高的操纵性和优秀的耐波性。同时．意味着其结构更复杂及建造难度更大。通常来说．双体船适合用于内河高速客货运输领域．但在高海况下横穿海洋时较为不稳定．而三体船本质上可以看作一个带侧体的稳定单体船，并且和五体船已经成为当前新船型研究和应用开发的主要方向．     

波浪中船舶操纵性预报

本文通过四自由度操纵运动数学模型,对某工程船舶在静水中和波浪中的Ｚ形运动和回转运动进行预报,并由自航模操纵性试验验证。本文还分析了波高Ｈｗ波长船长比λ／Ｌ,船速Ｕ和操舵角δ诸因素对该船在波浪中的操纵性的影响。从结果显示可知计算和试验结果是比较吻合的,所提供的计算方法适用于船舶静水中和波浪中的操纵性能预报。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

高速三体船的水动力学和船型研究新进展

文章从三体船的兴波阻力数值计算、阻力特性分析、侧体布局对阻力影响,耐波性、操纵性,CFD和模型试验的应用等方面,对近20年来三体船的水动力和船型研究状况进行综述,重点介绍评述近年来三体船水动力和船型研究的新进展,总结归纳已有的研究和成果,提出需进一步探讨的问题和方向,得出了三体船的水动力和船型研究现状评估和未来发展趋势的若干结论。     

高速三体船阻力性能研究

对中体和侧体均为Wigley船型的高速三体船模在Fr=0.1～0.8时3个横向偏距、5个纵向偏距共15个状态进行了阻力试验,将高速三体船线性兴波阻力理论计算结果与模型试验结果进行了比较,并据模型试验结果分析了横向偏距和纵向偏距对兴波阻力系数的影响,其中各状态的形状因子(1 K)按普鲁哈斯卡法确定,对形状因子与偏距的关系也进行了探讨.     

Grid convergence study in the resistance calculation of a trimaran

As a new type of hull form, trimaran has remarkable excellent performances and has drawn more and more attention. When the viscous CFD technology now available is applied to the research of resistance performance of trimaran, the spatial discretization would usually result in the grid error and uncertainty, and thus the considerable discrepancy between the numerical results and the experimental data. In order to ascertain how much the grid would affect the calculation, the grid convergence should be studied. A mathematical trimaran was chosen as an example, with the commercial code CFX for the simulation, VOF for surface treatment, and the grid study was carried out based on two different turbulence models. It was concluded that carrying out grid study is helpful in estimating the grid error and uncertainty, and indicating the direction of improving the credibility of the numerical calculation, and, in addition to grid errors and uncertainties, the turbulence modeling errors and uncertainties contribute to the simulation errors.     

三体船型与单体驱护舰型阻力性能的比较试验研究

三体船型是1990年代发展起来的新船型，因为其主体长宽比远大于常规单体船型，从而在高航速时有效地降低了兴波阻力，通常具有比单体船型更为优秀的阻力性能。文章首先建立了基于二因次方法的三体船型模型一实船阻力换算方法，完成了一型长宽比约13的三体船模阻力试验，并将其结果与我国常规单体驱护舰船型的系列模型试验资料进行了比较分析。结果表明，三体船型在高航速时，其总阻力可望比单体驱护舰船型降低10％以上。     

一种具有倾斜侧体的三体船阻力试验研究

作为一种高性能船型,三体船受到了研究人员的广泛关注。由于侧体位置对三体船剩余阻力会产生影响,为了研究倾斜侧体对三体船阻力性能的影响,设计了一种新型的倾斜侧体三体船,并在拖曳水池中开展了相应的船模阻力试验。试验中,针对这种新型的斜侧体三体船,采用船模拖曳的试验方法测量了不同装载情况侧体多个倾斜角度下的三体船裸船体阻力。而后,依据傅汝德假定对试验数据进行了计算,分析并讨论侧体倾斜角度对三体船剩余阻力的影响。试验结果表明,选择侧体合适的倾斜角度有利于降低三体船的航行阻力,为此类船型的设计尤其是快速性方面的研究和设计提供参考。     

小水线面双体船操纵性数值预报方法研究

文章基于粘性流体理论,采用CFD技术,通过对双体船变漂角旋臂运动的模拟,得到代表小水线面双体船舶操纵性能的水动力导数。利用MMG模型,对小水线面双体船的操纵性能进行初步预报。根据变漂角旋臂运动的数值模拟,既可从中得到仅仅与漂角和角速度有关的水动力导数,也可获得包括高阶导数和耦合导数在内的操纵性运动水动力导数。文章在保留三阶水动力导数的情况下,将代入高阶耦合水动力导数的操纵运动方程所绘制的回转圈与不代入高阶耦合水动力导数的回转圈进行对比,体现了高阶耦合水动力导数对于小水线面双体船操纵性预报的重要性,并以某双体船型为例,对其操纵性能进行预报。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

双体船/三体船兴波阻力数值预报方法研究

采用改进的Dawson方法,自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数值预报程序,并且考虑了高速三体船方尾的处理.利用本文的数值预报方法分别计算了一条小水线面双体船和一条三体船,验证了本文的数值预报方法在一定范围内能较合理地预报双体船、三体船的兴波阻力.此外,还讨论了该方法在三体船片体位置优化中的应用,通过和试验值对比验证了该方法可用于三体船片体布局优化.     

影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

利用LS-DYNA仿真软件建立高速三体船连接桥结构二维有限元模型,计算其入水砰击问题。计算中考虑高速三体船的空气层、结构质量、连接桥宽度和主船体的舭升高角度因素对连接桥砰击压力峰值影响。通过分析,得出各个因素对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响规律。     

前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究

采用模型试验方法研究了三体船侧体的纵向位置变化对三体船阻力性能和运动性能的影响。模型试验包括三体船在静水中的阻力试验和在规则波中的运动试验两部分。实验结果表明,三体船侧体的纵向位置对三体船阻力和运动性能的影响显著;在高航速段,将侧体的纵向位置选取在主体舯前位置,能明显改善三体船的阻力性能和运动性能。基于此,提出前三体船的概念。