静水中并行两船水动力干扰数值研究（英文）

为比较分析单船与两船并行航行的水动力差异,探讨静水中两船并行时漂角、船船相对位置对船体阻力、侧向力及摇首力矩的影响规律,文章基于RANS方程采用SST k-ω湍流模型,数值分析了某两船静水并行时船船相互作用。研究表明:不同漂角下两船中对中并行时,船体所受阻力均较单船航行时有所增大且受到指向两船中间的附加侧向力;当两船并行斜航的漂角相反时,同一船舶位于迎流侧较背流侧时船体受力存在一定差异;两船并行直航时,船船相对位置对船体受力有较大的影响,当两船纵向间距小于一倍船长时,船船相互作用较为显著,在不同横向间距下,船体受力随纵向间距的变化规律相同,在一定纵向间距下,船间横向间距越小船船相互作用越强。     

静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究

[目的]为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响,[方法]基于RANS方程对静水中并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟,分析两船在不同横向间距、纵向间距和航速条件下阻力、横向力、纵向力及摇艏力矩的变化规律,并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比例。[结果]研究结果表明,两船所受横向力在纵向间距为0(即中对中)时最大,表现为吸引力;随着横向间距的增加,相互作用效应减弱,横向作用力最大降幅达到50%以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大,两船在进入与驶离补给阵位时,所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近,此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波对两船相互干扰的影响,而高速航行时则不容忽略。[结论]所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学模型的构建奠定基础。     

船间水动力相互作用建模与仿真预报

为模拟考虑自由表面影响的船舶联合运动条件下的粘性流体流动,通过控制体积法求解非定常RANS方程以及六自由度（6DOF）运动方程,同时采用VOF模型、SST k-ω湍流模型以及滑移网格建立了一种预测船间水动力相互作用行为的方法,利用该方法开展孤立Wigley船体、孤立KCS船体、相互作用Wigley船体以及相互作用KCS船体的水动力特性研究,讨论了不同速度比对船间水动力的影响规律。结果表明：本文建立的船间水动力相互作用模型与文献结果符合较好,说明本文方法可有效解决船间水动力预测问题;对于静止目标船,追越过程中目标船受到的横向力主要受船间纵向距离对其产生的影响;对于航行船舶,追越过程中相对航行速度将会对目标船受到的横向力产生影响。     

冰水混合环境下船舶操纵性回转试验研究

针对一艘典型极地冰区船,开展了冰水混合环境下的船舶回转试验研究。试验采用70%密集度的非冻结模型冰,以全约束模型方式在旋臂水池中进行,测定了固定半径不同漂角下船舶所受到的纵向力、侧向力和偏航力矩。试验结果表明：在回转过程中,船体周围的碎冰产生了翻转和堆叠现象,船体与碎冰发生随机碰撞,影响船体水动力特性;随着漂角的增大,船体受力呈非线性的增加趋势。研究成果可为冰区船舶机动回转特性的研究提供技术依据和参考。     

五体船侧体布局及兴波阻力优化

采用线性兴波阻力计算方法,结合CFD通用软件模拟,对比分析前后片体横向间距不等五体船、五片体简单叠加及前后片体横向等间距五体船阻力特性,研究侧体布局对兴波阻力影响的规律及其减阻优化效果。研究结果表明,五体船前后片体分别纵向靠近首尾布置,可以扩大有利兴波干扰速度范围,高速段侧体横向偏内可以获得较佳阻力值,并且片体纵向位置的改变相比横向位置的变化,对阻力值影响更大。     

三体船侧体位置优化设计研究

基于二维半理论的计算软件TRIMARAN研究了侧体纵向、横向位置的变化对三体船运动响应的影响,同时研究了船体横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响,从而提出一套三体船侧体位置优化方案。通过在低速和高速两种情况下,对三体船侧体纵向、横向位置的变化对三体船的运动响应分析,可以看出:低航速下侧体应布置于靠近主体船艏的位置,有利于三体船运动性能的提升,高航速下则应将侧体放置于主体船尾。同时,根据横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响研究表明:三体船的横摇半径越小越能增加三体船的横摇稳定性。     

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。     

冰区运输船极地海域航行阻力的模型试验研究（英文）

为了考查冰区运输船在北极结冰海域航行时所受到的航行阻力,进行了一系列室内物理模型试验。试验中船体模型通过一个单向测力传感器与主拖车上的刚性拖曳臂相连。试验包含三种主要的冰条件,即船体独立航行的平整冰条件、在破冰船引导下航行的航道碎冰条件和独立航行的浮冰条件。平整冰及航道碎冰条件下对多种船体航行速度进行考察,而浮冰条件下则针对不同的冰覆盖率展开研究。试验中对冰-船相互作用模式、冰排在船体不同位置处的破坏进程以及碎冰沿船体的运动状态进行了详尽的观测,并对船体的航行阻力进行了有效的测量。此外,文中还对航行阻力均值与极值之间的差异进行了详尽的讨论与分析。结果表明,冰条件与船体航行速度是影响船体航行阻力的重要因素。     

基于船舶受力试验的丁坝区通航安全问题研究*

利用三维点式多普勒流速仪(ADV)对丁坝区流场进行量测,并通过高精度测力天平和数字式应变数据采集仪测量船模在不同流速下丁坝区域不同位置处的纵向和横向二维受力状况,分析船舶在丁坝区域航行时的受力特性,从受力角度研究船舶在整治建筑物附近的通航安全问题。试验研究表明,船舶在经过丁坝时横向受力会经历一次正向（推力）峰值和一次负向（吸力）峰值,正向（推力）峰值出现的位置为船体中心移动至丁坝上游0.56～0.67倍船长范围,负向（吸力）峰值出现的位置为船体中心位于丁坝下游0.11～0.44倍船长范围,且船体横向距坝头越远,极值出现得越晚。纵向受力极值出现位置为船舶中心位于丁坝下游0.065～0.28倍船长范围,且随着来流流速增大,极值点有向下游推移的趋势。     

螺旋浆阻力转矩对高相对功率单浆船舶重心横向位置的影响

本文专题研究高相对功率单船舶满载航行时船舶重心横向位置。研究表明：除了船内重量大小及位置改变会导致船舶重心脱离纵向对称平面向一侧迁移之外，高相对功率单浆船舶满载航行时其螺旋浆所承受的阻力转矩也会产生类同于船舶重心横向迁移的效应。为确保高相对功率单浆船舶满载航行时具有安全合理的横向浮态，本文在系统研究分析的基础上提出一项涉及单螺旋浆阻力转矩影响的船舶重心横向总迁移量限制公式。本文研究结果及所推荐的限制公式对单浆船舶设计有一定的参考价值。     

波浪中两浮体水动力干扰模型试验研究综述

波浪中两浮体的水动力干扰问题主要来自于海上补给作业实践。目前,国内外已有多家水池机构可开展两浮体的零航速模型试验,而有航速状态下两船模型试验的数据十分稀少且珍贵。为此,文章重点介绍了国内外相关机构开展的两浮体间流体共振模型试验、零航速和有航速下的两浮体模型试验概况,并分析了波浪中有航速两船水池模型试验的主要技术难点。     

基于高阶面元法的浅水域中船-船水动力相互作用数值预报

文章开发了一种基于非均匀有理B样条（NURBS）的三维高阶面元法对浅水域中两船会遇和追越时的船-船水动力相互作用进行预报。该方法采用NURBS精确表达船体曲面,采用配置点法满足离散的边界积分方程,在边界面上的源强分布确定之后采用B样条表达物面速度势分布。基于低速假设,忽略了自由面的兴波效应,采用无穷镜像法处理刚性自由面和浅水效应,采用时间步进法在时域内求解速度势。将文中计算结果与基于RANS方程求解的CFD方法和细长体理论方法计算结果比较,验证了该方法的有效性。在此基础上,分别在不同水深、船间横向间距和船速下进行了系列的计算,分析了这些因素对船-船水动力相互作用影响。结果表明,在相同的工况下,船-船会遇时相互作用力比追越时更大,对水深变化更敏感,而对横向间距不如追越时敏感。     

Dynamic interaction of parallel moving ships in close proximity

Nowadays,there are many studies conducted in the field of marine hydrodynamics which focus on two vessels traveling and floating in sufficiently close proximity to experience significant interactions.The hydrodynamic behavior of parallel moving ships in waves is an interesting and important topic of late.A numerical investigation has been carried out for the prediction of wave exciting forces and motion responses of parallel moving ships in regular waves.The numerical solution was based on 3D distribution technique and using the linear wave theory to determine the exciting forces and ship＇s motion.The speed effects have been considered in the Green function for more realistic results.The numerical computations of wave exciting forces and motion responses were carried out for a Mariner and Series 60 for the purpose of discovering different Froude numbers and different separation distances in head sea conditions.Based on the numerical computations,it was revealed that the sway,roll and yaw have a significant effect due to hydrodynamic interaction.     

Strip method for a laterally drifting ship in waves

Lateral drift occurs due to the effects of wind forces, wave drifting forces, or both on ships sailing in actual seas. It is important therefore to investigate the influence of lateral drift on seakeeping performance for improved ship operation. The velocity potential was expanded as an asymptotic power series in terms of the lateral speed parameter, τ, defined as ω _e V ₀/g, where ω _e is the frequency of wave encounter; V ₀ denotes the lateral velocity, which is assumed to be sufficiently small; and g is the acceleration due to gravity. By combining this technique with the strip method, two sets of motion equations of all the hydrodynamic force coefficients for ship seakeeping were derived. The first set is for ships without lateral drift and is the same as the equations in the new strip method, and the second set is for the additional motions induced by lateral drift. It was found that all ship motion modes except surge are coupled when a ship drifts laterally in waves.     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

波浪中航行两船模池壁干扰效应的数值研究

对规则波中顶浪并行航行的两船模,基于频域移动脉动源格林函数建立了有效表达池壁效应的三维数学模型,该模型采用分布源积分方法求解近距航行两船模的波浪作用力和运动响应,并利用镜像原理将水池格林函数表示为开阔水域的格林函数和由镜像点源组成的无穷级数.分析移动脉动源格林函数的远场传播模态及其特性可知,当τ>0.272(τ为斯特劳哈尔数)时各传播波模态均不在点源的上游出现,故此时点源波系的影响范围可由环形—扇形波的半楔角确定,在此基础上计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、水池宽度和两船相对位置,采用六个几何临界半楔角表征船体的辐射—绕射波,提出了并行航行两船模的池壁效应判别方法.数值研究表明:不同镜像次数下水池格林函数的数值差异主要体现在距船艏较远处,在兼顾计算精度与效率的原则下可选取有限项级数的水池格林函数作为积分内核,而池壁效应对近距航行两船运动响应的影响主要体现在长波区.     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。     

CFD Analysis of Ship-to-Ship Hydrodynamic Interaction

A numerical study of ship-to-ship interaction forces is performed using a commercial CFD code, and the results are compared with experimental data and with the results of a panel method analysis. Two ship models have been used in the interaction forces analysis: a tug and a tanker, advancing parallel to each other with different lateral distances and two different values of the fluid depth. Computations are carried out with four different flow models: inviscid and viscous flow with the free surface modeled as a rigid wall and inviscid and viscous flow with the deformable free surface. A fair agreement was obtained with available experimental data and results obtained by panel method. The influence of viscosity in the computations is found to be comparatively weak, while the wavemaking effects may be important, at small magnitude of the horizontal clearance.     

船船水动力相互作用的CFD分析研究（英文）

A numerical study of ship-to-ship interaction forces is performed using a commercial CFD code, and the results are compared with experimental data and with the results of a panel method analysis. Two ship models have been used in the interaction forces analysis: a tug and a tanker, advancing parallel to each other with different lateral distances and two different values of the fluid depth. Computations are carried out with four different flow models: inviscid and viscous flow with the free surface modeled as a rigid wall and inviscid and viscous flow with the deformable free surface. A fair agreement was obtained with available experimental data and results obtained by panel method. The influence of viscosity in the computations is found to be comparatively weak, while the wavemaking effects may be important, at small magnitude of the horizontal clearance.     

船舶航行横向补给超越运动控制

为了保证舰船安全,进行航行横向补给运动控制时,需要充分考虑两船水动力干扰的影响。引入水动力干扰负载到船舶运动方程中,建立了两船航行横向补给运动数学模型,给出了运动控制算法。仿真结果表明,两船能够较好地保持期望的横向距离,从而保证了航行横向补给舰船的安全。