船舶数字碎冰场构建与冰阻力计算方法研究

为验证数值方法计算精度,预报极地碎冰区船舶所受冰阻力,本文依据冰池试验中生成的碎冰航道以粒子喷射的方式构建相应的数字碎冰场,采用球形粒子填充的方式创建碎冰的离散元模型并与CFD方法相结合计算船舶在碎冰域所受冰阻力.依据HSVA冰池对某冰区油船开展的基于模型冰厚分别为37.1 mm、39.8 mm、46.3 mm及49.4 mm四种条件下的冰池试验,数值模拟了在同等试验条件下船舶所受冰的阻力.对比冰池试验,数值模拟过程中碎冰的运动状态、船冰间相互作用模式与冰池试验现象完全吻合,船体所受冰阻力计算误差在合理范围内,最大误差为29.45％.     

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。     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

基于离散元方法的极地浮碎冰区船舶冰阻力研究

本文采用离散元方法建立浮/碎冰模型,结合欧拉多相流VOF方法数值模拟船舶与浮/碎冰间的接触碰撞过程。重点对比分析了船冰作用过程中三种接触力计算模型：Hertz-Mindlin模型、Linear Spring模型及Walton Braun模型对船冰作用形式及冰阻力数值的影响。得出在同一工况下,三种接触碰撞模型对船体周围碎冰运动模式变化影响一致。对于船体所受冰阻力,通过分析船长、船宽方向冰阻力数值并将计算结果与DuBrovin经验公式进行对比,得出使用Linear Spring接触力计算模型计算的阻力幅值发散低,数值相对稳定且计算误差较小。本文研究工作对极地冰区船舶与浮碎冰相互作用的阻力计算具有一定的指导意义。     

小水线面单体船船型与阻力研究

对一种新型高性能船-小水线面单体船的船型与阻力性能作探索性研究,通过船型分析与设计计算,提出了两种小水线面单体船的船型方案,绘制了其中一种型线简图,结合理论计算、模型试验与经验公式方法,对设计船型的阻力性能进行了分析,阐述了小水线面单体船各阻力成分分配特性、主船体部分几何参数、潜深、支柱形状对阻力影响的规律.     

海上长球首尾双体风电维护船阻力和耐波性能研究

近年来,海上风电场迅猛发展,风电维护船成为迫切需求。借鉴小水线面双体船优良的阻力性能和穿浪双体船优秀的耐波性能,根据中国海上风电场维护船航行的环境和使用特点,选用阻力和耐波性能优良的长球首尾双体船型作为风电场维护船型。在此基础上采用CFD数值仿真计算阻力性能,运用NAPA软件计算耐波性能。从而得到不同条件下较优良的船型,为海上风电维护船的设计提供一定的参考和借鉴。     

M船型阻力模型试验研究

为准确评估M船型的水动力特性,掌握该船型的阻力特性和船型特征,对该船型进行阻力模型试验研究。通过测定不同排水量、不同重心纵向位置下船模的阻力值、纵倾角及重心升沉值,研究排水量和重心纵向位置对该船型阻力性能的影响。试验结果表明：M船型具有与常规滑行艇不一样的阻力特性,该船型拥有2个高速阻力峰,当航速持续增大越过第1个高速阻力峰后,阻力值有明显的回落,当航速继续增大越过第2个高速阻力峰后,阻力值基本保持不变,且2个高速阻力峰出现的航速与排水量大小和重心纵向位置的相关性不大。     

非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

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。     

不同敏感性参数下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应

基于我国第七次北极科学考察获得的夏季北极海冰空间分布情况,模拟真实碎冰分布,采用LS-DYNA软件中的流固耦合方法,研究在船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度等因素影响下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应。结合试验数据得到船体结构的应力、吸能和碰撞力。结果表明：船舶-碎冰的主要碰撞区域为艏部及舷侧的水线附近;在船舶航行于碎冰域时,船体结构的应力、吸能和碰撞力的峰值随碎冰域的船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度的增加而增加,但分布情况不同。研究结果为船舶在极地冰区航行提供一定的安全性参考。     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

新型双体船和三体船阻力性能研究

针对小水线面双体船(SWATH)的不足,提出了新型双体、三体船型.通过模型试验方法,对上述船型的阻力性能进行了研究.结果表明,新型三体船由于舯前首中体的设置使得阻力在一定的航速范围内大幅降低;新型双体和三体船型在阻力性能上较SWATH船表现出了一定的优越性.     

高速巡逻艇阻力预报及船型优化研究

为了快速、准确地获得高速船型的阻力性能,采用Michell积分法计算某高速巡逻艇的兴波阻力,并将计算结果同线性化的Rankine源法相比较,从而证实了该方法的有效性。同时以Michell积分法为基础,采用非线性规划法进行优化计算,在短时间内能获得性能优良的改良船型,由此可见,Michell积分法对于快速预报高速船型的阻力性能和船型优化是可靠的。     

单桨浅吃水肥大船系列试验图谱

本文在单桨浅吃水肥大船母型优化的基础上，将影响阻力性能的主要船型参数Ｂ／Ｔ、Ｌ／Ｂ、ＣＢ和ＬＣＢ在优秀母型参数附近作系列参数变化的试验，以探讨船型参数对该类船型阻力性能的影响。     

基于参数化CAD模型的船型阻力/耐波性一体化设计

在舰船概念设计阶段,往往需要快速生成阻力和耐波性能兼优的船型。采用基于母型船的船型融合生成方法,实现了参数化船型自动生成。在此基础上,采用iSight优化平台,将参数化船型生成技术与阻力、耐波性计算模型集成,运用多学科设计优化技术实现了船型阻力/耐波性性能一体化设计。优化方法采用多目标遗传算法以获取Pareto前沿。以一艘46 000 DWT油船的型线优化为算例对这个过程进行了具体说明,试验结果表明总阻力降低了3%,验证了这种方法的可行性。     

海上三体风电维护船船型方案及阻力性能研究

在分析维护船使用及性能要求的基础上,确立了三体船型方案。在单体船基础上根据侧体体积比的不同确定几组不同的三体船方案,对各个方案进行阻力数值仿真分析,同时还对三体船主侧体的干扰阻力进行探讨,最终得出三体维护船合适的体积比构成,从而为海上风电场维护船船型设计奠定一定的基础。     

航行于碎冰区船舶冰阻力与冰响应探析

[目的]为了分析冰区航行船舶与碎冰之间的相互作用,[方法]运用离散元模型结合欧拉多相流,对船舶在碎冰区域航行时船体与碎冰之间的相互作用关系进行探索。计算不同航速、不同碎冰密集度下船体的受力情况,并对冰船接触冰时的运动响应进行分析,从直观上解释碎冰阻力的变化原因,以及桨前来冰的运动情况。[结果]得出船体所受冰阻力主要是由碎冰与船体表面的摩擦和碰撞产生,并随航速的增大而增大,但当航速增大到一定值后,碎冰阻力不再增加,甚至还有减小的趋势。[结论]研究的工作可为冰区船型优化及其螺旋桨设计提供理论支撑。     

基于阻力图谱的船型参数敏感度分析

目前,已定性掌握船舶主尺度及主要船型系数对船舶阻力性能的影响趋势,但各个船型参数对阻力性能的具体影响程度仍不明确。为了确定各船型参数对阻力数值的贡献率,基于泰洛系列剩余阻力系数图谱,通过回归分析法,利用Isight软件在不同航速下对棱形系数、排水量长度系数以及宽度吃水比进行对剩余阻力系数的敏感度分析。结果得出各参数对剩余阻力的敏感度指数,并验证了已知船型参数对阻力的影响趋势。结果表明,敏感度分析结果具有较高的可信度,对于船舶设计具有一定的指导意义。     

基于阻力的V型艇折角线及其参数研究

本文以某高速引航V型艇为基本船型,通过其折角线参数的分析与确定,使用NAPA软件建立生成不同折角线形状的系列船型方案。在采用STAR-CCM+软件对阻力数值仿真方法验证的基础上,进行系列船型方案阻力数值仿真。研究结果表明,折角线与设计水线交点距船尾的距离、折角线最大宽度值及其所在位置距船尾的纵向距离对折角船型的阻力性能影响较大,同时对折角船型的设计以及折角参数的进一步研究具有一定的参考价值。     

千吨级单体深V复合船型构型研究

深V船型较圆舭船型具有优良的耐波性能。在深V船型船首底部加装减纵摇组合附体生成深V单体复合船型可以使其耐波性得到大幅提高,且具有在波浪中高速稳定航行的能力。本文以某千吨级圆舭船型为母型,保持排水量基本不变,生成深V型主船体,再应用减纵摇组合附体技术和尾板技术生成千吨级单体深V复合船型。通过主船体线型设计及组合附体构型和水动力布局的优化组合使单体深V复合船型静水阻力性能与原船型相当,同时耐波性得到大幅提升。经数值模拟和模型试验验证表明,本文提出的复合船型静水阻力与原船型相当,耐波性得到大幅提升,达到预期目标。