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。     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

三体船阻力模型试验

介绍了高速排水型三体船模型静水阻力试验。在Froude数0.3-0.8范围内进行了系列试验，研究侧体位置对阻力的影响，详细分析了三体船各船体之间的兴波干扰、剩余阻力曲线特征和阻力成分。通过阻力换算，对三体船、双体船和单体船的有效功率进行了比较，结果显示出三体船在阻力性能方面的巨大潜力。     

三体船兴波阻力计算方法比较及兴波干扰研究

分别利用Noblesse细长船理论和薄船理论,以Wigley三体船为例计算傅汝德数在0.20～0.70范围内多个侧体布局下的兴波阻力,探讨三体船两个侧体间和3个侧体之间的兴波干扰,得到对三体船设计具有指导意义的结果。通过与试验结果比较表明,基于首阶近似,不考虑线积分项的Noblesse细长船理论兴波阻力系数的计算结果与薄船理论非常相近。考虑线积分项的Noblesse细长船理论兴波阻力系数计算结果小于薄船理论的计算结果,后者量值更接近于试验值,但是两种计算方法的兴波阻力系数曲线凸凹点对应的傅汝德数相近,表明两种计算方法对兴波干扰现象的计算预测是相近的。研究表明,用薄船理论计算三体船的兴波阻力,探讨多体船侧体之间的兴波干扰目前是一种简便、可行的方法。     

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。     

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。     

小水线面三体船与细长型三体船剩余阻力对比分析

[目的]为研究潜体横剖面为圆形的小水线面三体船(TriSWACH)侧体布局位置对剩余阻力的影响,以及其与细长型三体船剩余阻力的对比,[方法]在已验证CFD基础上,通过CFD方案下的剩余阻力系数,并与同排水量、工况下的细长型三体船剩余阻力系数试验值进行比较。[结果]结果表明,在全航速区间,潜体横剖面为圆形的小水线面三体船的剩余阻力系数普遍小于相同排水量细长型三体船的剩余阻力系数;TriSWACH在最佳航速区间Fr=0.338～0.494时减阻效果最好,此时,侧体位于主体后部时可获得17.95%的最大减阻。[结论]该研究具有一定的工程借鉴意义。     

侧体位置对三体船阻力影响研究

基于三体船船模系列阻力试验结果,系统研究了侧体位置对三体船阻力的影响,分析了采用线性薄船兴波阻力理论预报三体船阻力及优化侧体位置可能存在的问题,并提出从主体兴波波形进行优化分析的新思路.结果表明,从主体兴波波形即可分析侧体位置对三体船阻力的影响,与试验结果基本一致.     

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。     

基于STAR-CCM+的小水线面三体船阻力数值仿真

[目的]小水线面三体船因具有良好的耐波性、快速性及稳定性而在民用和军用领域受到青睐,但不同的水下潜体形状及不同侧体位置在不同航速时的阻力变化规律还有待研究。由于开展船模试验所需时间较长、成本较高,难以将全部可能的方案都进行试验,因此利用STAR-CCM+平台对小水线面三体船周围的粘性流场进行数值模拟。[方法]考虑到自由表面效应的影响,首先验证采用STAR-CCM+平台进行阻力数值计算的可行性和可靠性;其次,研究系列傅汝德数下不同侧体位置时,潜体横剖面为圆形的小水线面三体船阻力的变化规律。[结果]结果表明,随着航速的增加,侧体布置于主体后部并向主体靠拢时,小水线面三体船的总阻力较小;在Fr=0.338~0.494范围内,小水线面三体船的总阻力较细长型三体船总阻力的降低最为显著。[结论]研究结果可为同类型船舶的设计提供一定的借鉴和参考作用。     

基于CFD的三体船侧体布局优化

三体船构型复杂,侧体布局对其阻力性能有很大的影响。基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)理论,利用SHIPMDO-WUT软件平台构建一种侧体布局自动优化方法。以某高速三体船为例,进行侧体布局的优化,结果表明:在4个不同弗劳德数下,优化船较母型船的兴波阻力均有所下降,总阻力也相应减小。得出在4个不同弗劳德数下总阻力最小的侧体布局方案,表明该方法的可行性与有效性。研究内容可为三体船减阻优化设计提供参考依据。     

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.     

侧体对称性对穿浪三体船阻力性能影响的试验研究（英文）

This paper presented the results of an experimental investigation into the resistance performance of a wave-piercing trimaran with three alternative side hull forms,including asymmetric inboard,asymmetric outboard,and symmetric at various stagger/separation positions.Model tests were carried out at the National Iranian Marine Laboratory(NIMALA) towing tank using a scale model of a trimaran at the Froude numbers from 0.225 to 0.60.Results showed that by moving the side hulls to the forward of the main hull transom,the total resistance coefficient of trimaran decreased.Findings,furthermore,demonstrated that the symmetry shape of the side hull had the best performance on total resistance among three side hull forms.Results of this study are useful for selecting the side hull configuration from the resistance viewpoint.     

三体船阻力回归分析及预报方法研究

基于三体船船模系列阻力试验结果,以非均匀B样条拟合船模阻力试验数据随航速变化关系曲线,采用模长界限控制的Gram-Schmidt正交化方法建立给定排水量和航速三体船阻力与侧体位置关系的回归模型,该方法能够快速而有效地获取有效范围内任意给定航速下三体船阻力随侧体位置的变化关系,具有一定的理论意义和较高的工程实用价值.     

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.     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

Resistance analysis of unsymmetrical trimaran model with outboard sidehulls configuration

The application of multi-hull ship or trimaran vessel as a mode of transports in both river and sea environments have grown rapidly in recent years.Trimaran vessels are currently of interest for many new high speed ship projects due to the high levels of hydrodynamic efficiency that can be achieved,compared to the mono-hull and catamaran hull forms.The purpose of this study is to identify the possible effects of using an unsymmetrical trimaran ship model with configuration（S/L） 0.1-0.3 and R/L=0.1-0.2.Unsymmetrical trimaran ship model with main dimensions： L=2000mm,B=200 mm and T=45 mm.Experimental methods（towing tank） were performed in the study using speed variations at Froude number 0.1-0.6.The ship model was pulled by an electric motor whose speed could be varied and adjusted.The ship model resistance was measured precisely by using a load cell transducer.The comparison of ship resistance for each configuration with mono-hull was shown on the graph as a function of the total resistance coefficient and Froude number.The test results found that the effective drag reduction could be achieved up to 17% at Fr=0.35 with configuration S/L=0.1.