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。     

考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。     

耐波性预报的数值方法

基于三维势流理论的水动力商业软件AQWA用于多种浮式结构物在波浪上运动的分析。而在国内鲜见以AQWA为平台计算船舶的运动响应,因此本文以方形系数为0.7的系列60船为例,研究AQWA是否可以用于预报船舶耐波性能,并将AQWA的计算结果与基于STF法的Seakeeper的计算结果和水池试验结果进行对比。通过对比发现,利用AQWA计算得到的船体运动响应合理地反映了系列60船的实际耐波性能,可用于船舶波浪载荷预报。     

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.     

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。     

主体瘦长度对三体船耐波性和波浪载荷的影响

针对某千吨级三体船母型船,在保持排水量不变的前提下,调查长宽比对运动和载荷的影响,并通过船型变换得到长宽比在12～19之间的6种系列派生船型;应用三维时域Rankine方法软件WASIM对不同长宽比系列船体的纵向运动和波浪载荷进行频响计算,并进一步结合海浪谱分别计算4～6级海况下船体纵摇和升沉运动统计值以及船体剖面弯矩和剪力沿船长单位的分布。分析发现,当主体长宽比从12.27增加至19.16时,纵摇和升沉的最大峰值分别下降了近60%和35%,但剪力和弯矩的峰值则分别增大了2倍和3.5倍。进一步将直接计算的总纵弯矩和剪力与英国劳氏规范相比较,发现6级海况下剖面剪力有义值的计算结果已超过规范的规定。结果表明：主船体的长宽比对耐波性和波浪载荷具有相反的影响,即主体越瘦长,运动响应越小,耐波性越好;但主体越瘦长,总纵弯矩和剪力会大幅增加,对船体结构产生不利影响。因此,在设计之初确定瘦长三体船的主尺度,特别是瘦长度时,应兼顾考虑船体运动响应与波浪载荷的影响。     

英国三体船试航计划

理论研究和模型试验已经表明，三体船型的“未来战舰”是提供相当大的好处，但在结构载荷和耐波性能方面仍存在着问题。介绍了英国三体船试验计划。     

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.     

三体船垂向波浪载荷预报

以一艘三体船为例,采用基于三维线性势流理论的流体动力计算程序,进行船体波浪载荷的长期预报,并将波浪载荷的长期预报值与英国劳氏船级社三体船规范计算值进行比较分析。结果表明,在现有条件下预报结果具有一定的准确性,可用于指导船体初步结构设计。     

海上三体风电运维船阻力和运动性能综合研究

结合海上风电运维船的使用要求和三体船型特点,确定小型高速三体风电运维船船型,并寻求特定海况下阻力性能和运动性能优异的侧体布局方案。基于CFD计算静水阻力和规则波中迎浪增阻与运动响应,并预报不规则波中运动有义值和阻力值。通过比较表明,主、侧体艉部对齐时三体运维船的综合性能最优。从而为海上三体风电运维船的设计和性能预报提供参考。     

基于iSIGHT的船型耐波性优化研究

将船型变换程序接入到iSIGHT系统中,进行系列船型的变换,生成船型库;应用三维时域面元法(Wasim软件)对船型库中的系列船型进行耐波性的计算,将计算结果绘制成图谱,对耐波性与主要船型参数之间的关系总结归纳,并编写插值程序。将船型变换程序与插值程序相连,再接入到整个优化系统中,寻找到耐波性能更优良的船型。以某远洋渔船船型为例,验证了基于iSIGHT的耐波性优化系统的可行性。     

豪华邮轮耐波性衡准分析

考虑台湾海峡和东南亚航区的风浪情况,在船舶最新设计理念及有关理论指导下,结合以往在型线设计方面的经验和基础船型数据库,研究设计三种新颖的豪华邮轮船型,并采用Motion软件计算分析其耐波性,获得适合该航区较佳的船型。结合现有船舶规范资料,提出豪华邮轮耐波性衡准标准。     

三体船波浪诱导载荷计算研究

基于三维势流理论和简单格林函数法,探索了三体船在规则波中运动的频响函数,并对航行于北大西洋海域的全船典型剖面波浪载荷进行了长期预报,分析了不同浪向角时典型剖面的剪力、弯矩和扭矩极值,研究了三体船剖面载荷的分布规律和趋势,为三体船结构设计提供了一定的依据.     

三体船连接桥结构波浪载荷研究

根据三体船船型简要分析连接桥结构波浪诱导的剖面载荷特征。以三维势流理论为基础,应用简单格林函数法对三体船在波浪中运动与载荷的时历进行仿真计算,并将时域结果转换为频域,之后对航行于北大西洋的三体船的连接桥波浪载荷进行长期预报,最终探索三体船连接桥纵向剖面的各载荷分布规律和趋势。     

三体船横摇运动

介绍了关于三体船横摇运动的研究工作。采用能量法，由自由横摇衰减试验测量数据计算了三体船横摇阻尼系数，分析横摇过程中阻尼非线性作用的特点，讨论侧体横向布置位置、舭龙骨和航速对三体船横摇运动的影响，对线性、非线性方法用于预报三体船横摇运动进行比较分析。三体船模型横摇试验包括静水中的自由横摇衰减试验、规则波中的零速横摇试验。试验中通过系列变化侧体横向布置位置，并对侧体安装舭龙骨进行对比试验，研究侧体布置和舭龙骨对三体船横摇运动的影响。经与试验结果对比，本文对三体船横摇运动预报的结果令人满意。     

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。     

船舶耐波性衡准及其评价方法浅析

分析船舶耐波性研究进展,总结对比船舶在波浪中航行时的耐波性衡准内容,并对各种船舶耐波性评价方法进行总结及耐波性评估方程及今后研究工作的方向和重点。     

某内河三体船轴流式喷泵台架试验与性能计算

为检验某内河三体船的轴流式喷泵性能,开展缩比模型试验泵台架试验。采用结构化网格离散计算域得到实尺度喷泵外特性曲线,经无量纲相似换算得到与试验情况相符合的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）计算值。在流量阀全打开、非等转速条件下和不同流量、等转速条件下进行测量,得到试验泵功率和扬程等数据。在功率损失分析基础上,对比试验测量值与CFD计算值。结果表明：在1 130～1 760 r/min转速条件下两者吻合较好,最大误差为7.6%;在等转速条件下扬程特性曲线趋势达成较好一致性。     

基于Timoshenko梁理论的三体船波激响应

以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑梁模型受到静止的波浪载荷预应力的作用,使连接桥产生垂向剪切变形以及垂向弯矩和扭转所产生的转角。通过梁模型简化小水线面三体船,建立三梁模型,从而对其波激响应进行数值模拟分析。结果显示,三梁模型在分析小水线面波激响应方面有较好的实用价值,给相关分析提供了一个实用的方法。