基于HydroSTAR的水翼五体船耐波性优化研究

为改善五体船在空载及小摇荡时的耐波性,论文通过在五体船主船体和片体之间加装水翼构造水翼五体船,在此基础上借助耐波性通用软件HydroSTAR对不同水翼攻角水翼五体船及原五体船耐波性计算,并对相关耐波性指标进行对比分析,以此研究水翼五体船的攻角优化问题。通过对比研究发现,水翼五体船的纵摇幅值、横摇幅值及垂荡幅值明显低于五体船,且在低频波段NACA4415翼型水翼五体船最优攻角在10°左右。     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

三体船耐波性的模型试验研究

  目的  小水线面三体船与普通三体船相比具有较大的潜体并极大地减少了水线面面积,因此普通三体船的耐波性规律不完全适用于小水线面三体船,小水线面三体船的耐波性还有待研究。  方法  因模型试验具有周期长、成本高、环境要求苛刻的特点,难以对所有方案进行试验与分析,故采用STAR-CCM+平台模拟船体周围的黏性流场。首先,考虑到网格设置、流场模型选择的影响,验证采用STAR-CCM+平台进行耐波性计算的可行性与可靠性;然后,研究系列弗劳德数Fr下不同侧体位置时小水线面三体船耐波性的变化规律。  结果  结果显示,Fr=0.234（低速）时,小水线面三体船的耐波性优于普通三体船,Fr=0.494~0.797（中、高速）时情况较复杂;小水线面三体船侧体靠近船艏时耐波性更优。  结论  研究结果可为小水线面三体船的设计提供一定的借鉴。     

五体船纵向运动预报的一种工程算法及其在前侧体位置优化中的应用

将一种现有的工程算法引入五体船纵向运动预报,该方法基于STF切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响.计算结果和试验数据在多个航速和波浪工况下符合良好.采用这种方法实现了前侧体的位置优化.     

基于遗传算法的五体船片体布局多目标优化研究

尝试并实现了iSIGHT优化软件与水动力计算软件HydroSTAR的集成优化,以五体船在波浪中的运动响应及增阻为目标函数,对片体布局作了多目标优化研究.运动计算采用三维频域面元法,增阻计算应用了近场压力积分方程,优化算法采用NSGA-II遗传算法,结果给出了Pareto解,还进行了DOE试验设计分析,为五体船片体布局设计提供参考.     

基于黏流的三体船片体布局优化

三体船片体布置对全船阻力和耐波性有重要影响。论文以一艘三体船为研究对象,采用基于黏流的naoe-FOAM-SJTU求解器预报母型船在Fr=0.18,波长-船长比为1.1时迎浪规则波中的纵摇和垂荡运动。利用船型优化软件OPTShip-SJTU,通过改变片体布置对该船的耐波性开展优化设计。为了减小计算工作量,依据优化拉丁方试验设计,批量评估水动力性能并建立克里金近似模型。通过多目标遗传算法得到优化船型,并对其进行CFD验证,以确保优化结论的可靠性。研究结果表明,合理地设计三体船主体和片体的间距可减轻它们间的兴波干扰并改善其耐波性能。     

几种千吨级高性能船耐波性对比分析

为了对比分析千吨级单体圆舭船型、深V船型、穿浪双体船型、三体船的耐波性能,采用二维半理论方法计算各船型在迎浪规则波中的摇荡及首中尾部垂向加速度的频率响应函数,其中应用时域格林函数求解水动力系数,应用谱分析计算各船型在不规则波中的运动有义值.结果表明,几种千吨级高性能船在波浪中的纵向运动性能均比常规圆舭船型优,其中三体船纵向运动性能最佳.计算结果可为该吨级舰船平台选型提供技术支持.     

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。     

基于数值模拟的水翼五体船耐波性分析

为改善五体船在小摇荡时的耐波性,提出在侧体和主船体之间加装水翼构造水翼五体船,借助Hydro Star水动力学软件,依托Wigley片体五体船进行水翼五体船耐波性计算对比。结果表明,由于水翼的减摇减震及升力作用,在侧体和主船体之间加装水翼可以明显降低五体船的纵摇幅值、横摇幅值及垂荡幅值,提高五体船的耐波性。     

千吨级高耐波性单体复合船型模型试验研究

文章对哈尔滨工程大学研发的千吨级单体复合船型进行快速性和耐波性试验研究,通过对千吨级圆舭母型船、加装组合附体及改进深V型加装组合附体等复合船型进行模型试验,分析比较不同方案的阻力性能和耐波性能。试验结果表明所研发的深V单体复合船型,能在兼顾阻力性能的前提下,使纵向运动得到显著改善,大幅提升了千吨级单体船的耐波性能。     

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.     

小水线面双体船支柱斜度对其耐波性能影响分析

基于三维势流理论,本文研究了不同支柱倾斜角度的小水线面双体船在设计航速下的耐波性能。将规则波中的运动响应幅值函数与海浪谱结合得到运动统计有义值。对比不同支柱倾斜角度的频率响应曲线,发现在相同海况条件下随着支柱倾斜角度增加,垂荡和纵摇峰值降低。结果表明,通过倾斜支柱可增加船舶运动的附加质量和阻尼,削弱频率响应曲线共振峰。     

大型邮轮耐波性能数值与试验研究

大型邮轮乘员多达几千人,其运营安全性及乘坐舒适性至关重要,有必要对其耐波性能开展针对性研究。本文以数值模拟与模型试验相结合的方法研究某大型邮轮的相关耐波性能,数值计算应用三维线性时域势流理论,试验模型为1∶55缩尺比制作的水面自航模型。首先对比分析邮轮计算结果与试验数据,验证研究方法的可靠性,然后进一步依据相关耐波性衡准评估了邮轮在不同航速、浪向、海况下邮轮的安全性与舒适性。结果表明:大型邮轮在5级及以下海况可满足舒适性标准,在更高海况下须避免在浪向30°及90°条件下航行;在6级海况、航速不超过15 kn时,大型邮轮安全性与舒适性亦符合标准。     

某豪华游轮在波浪中的耐波性能预报

The seakeeping performance of a luxury cruise ship was evaluated during the concept design phase. By comparing numerical predictions based on 3-D linear potential flow theory in the frequency domain with the results of model tests, it was shown that the 3-D method predicted the seakeeping performance of the luxury cruise ship well. Based on the model, the seakeeping features of the luxury cruise ship were analyzed, and then the influence was seen of changes to the primary design parameters (center of gravity, inertial radius, etc.). Based on the results, suggestions were proposed to improve the choice of parameters for luxury cruise ships during the concept design phase. They should improve seakeeping performance.     

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法．对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼一船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算韵需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高 模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20％～30％。