基于静水阻力和波浪增阻的全船线型优化

为了使船舶在波浪中航行具有更低的阻力,提出一种以静水阻力和波浪增阻为最小的多目标船型优化方法,其中静水阻力采用兴波阻力（Rankine源法）和黏性阻力（经验公式）之和来表达,波浪增阻采用丸尾孟公式来计算.以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水体积的条件下,采用非线性规划法建立船型优化模型.选择S60船型为母型进...     

船首对单体穿浪船水动力性能的影响

通过对4个具有不同穿浪船首的单体穿浪船进行建模并对比分析模型在静水及波浪中的直航运动,研究了水线以上船首形式变化对单体穿浪船水动力性能的影响.研究主要基于数值模拟,通过求解URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程和使用多种动网格技术来预报船体阻力和运动.研究表明:具有瘦削船首的单体穿浪船在短波中的受力和运动对水线以上穿浪船首形式变化不敏感,在波浪中的阻力、运动姿态和加速度比滑行艇的要小;水线以上穿浪船首形式对单体穿浪船在静水中的阻力、姿态和兴波的影响要基于船体尺度进行讨论,大型单体穿浪船静水中的阻力、姿态和兴波对水线以上穿浪船首形式变化不敏感,而水线以上穿浪船首形式对小型高速穿浪艇静水中的阻力、姿态和兴波的影响显著.     

附体对潜艇兴波尾迹的影响分析

基于RANS(雷诺时均)方程和Realizable k-ε湍流模型,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了求解水下潜体兴波阻力的数值模型,并对潜艇近水面航行时的兴波特征进行了模拟.首先进行了网格及时间步长的收敛性验证,并验证了本数值模型的准确性.接着计算了SUBOFF潜艇在裸艇工况下以不同潜深航行时的兴波阻力,并针对特定潜深研究了潜艇在不同附体工况下以不同航速航行时的兴波特性.研究表明:当潜艇在弗劳德数为0.5附近时,兴波阻力系数最大;当潜深接近1/2艇长时,兴波阻力系数接近0;当单独存在尾翼附体时,会产生较大的兴波,驾驶舱与尾翼附体同时存在则会减少该影响;潜艇表面形状的突变会产生较大的压力变化.     

球鼻首对渔船阻力和运动的影响

文章介绍了上海交大船舶流体力学研究室对渔船装球鼻首后的静水阻力,波浪中阻力和横摇、纵摇、升沉影响的船模试验结果。试验了船长为41米和44米的两艘渔船,分别在船体型线不变的情况下装 S—V 型球鼻首、水滴型球鼻首和普通首的静水和波浪中性能。船模试验在规则波中进行。给出了零速横摇,不同速度迎浪的纵摇、升沉和波浪中阻力增值的频率响应曲线。用 ITTC 两参数波谱预报有义波高2米、4米的实船性能。结果表明:在机器功率不变情况下球鼻首使静水航速增加0.1～0.2节,水滴型和 S—V 型球鼻首的效果差别不大。在4级浪时,球鼻首船较普通首的船有义横摇幅值减小9%左右。纵摇有义幅值较普通首小;而升沉则较普通首稍大。最后使球鼻首的船纵向运动较普通首缓和。球鼻首船的失速较普通首稍大,但它们在波浪中的航速差不多。     

首消波水翼对高速排水量艇航行性能影响的试验研究

在高速排水量艇(F_n=0.80左右)首部的适当位置安装消波水翼,可以有效地减小兴波阻力。上海交通大学船模试验池在有关单位的协作与支持下,曾对影响消波水翼减阻效果的各种参数进行了大量的模型试验研究。本文简要介绍交大水池的试验研究结果,并提出供实艇使用的有关参数的选择范围。试验结果表明:消波水翼与尾压浪板相配合,可使船模总阻力减少13～16%实艇试验证明,安装消波水翼后可提高航速3节左右,且使其在波浪中的适航性有所改善。     

首压浪条对高速排水型艇航行性能的影响

高速排水型艇上安装首压浪条,是压制首部兴波和飞溅的一种简单而有效的措施。但通常只有当Frn>1.0时才有减阻作用[1]。为了扩大首压浪条减阻的速度范围,上海交通大学船模试验池对此曾进行了专门的试验研究。模型试验结果表明:在高速排水型艇上应用首压浪条并配合适当的尾压浪板,不但能使船首兴波和飞溅有显著的改善,而且还有下列三方面的收效:(1)首压浪条的减阻速度范围可由Frn>1.0扩大到Frn>0.5。(2)在所试验的速度范围内总阻力下降约6.5%,剩余阻力减少14%以上,即当保持相同马力的情况下,可使实艇设计航速提高1.5节以上。(3)不但能提高航速,而且对艇体的耐波性亦可望获得改善。     

改进线性兴波阻力帐篷函数法及实船型线优化

针对线性兴波阻力帐篷函数法阻力计算及相应的船型优化方法不能反映实际船体对称面形状这一局限,提出一种定义在实际船体对称面上的船体曲面近似函数,将该船体曲面近似函数代入线性兴波阻力表达式,用该表达式与原帐篷函数法计算同一船型的兴波阻力系数,对比结果表明在多数速度区间内比后者更加接近试验结果.由此表达式建立以船体型值为变量的最小兴波阻力二次规划数学模型,此模型适用于任意给定的由曲线、折线围成的非矩形船体对称面区域,尤其适用于舰船前体及其球鼻首的优化.基于二次规划优化模型对仿DDG51船型进行一系列型线优化设计,在理论上获得了20%以上的兴波阻力减阻效果.     

三体船升沉和纵倾计算及其对兴波阻力的影响

基于三维Rankine源方法迭代计算三体船静水航行时的兴波阻力、升沉和纵倾.计算过程中采用NURBS曲面表达船体,根据迭代计算得到的升沉和纵倾确定船体平均浸湿表面,并用铺砌法对其进行全四边形网格划分,计算三体船及其中体的兴波阻力、升沉和纵倾.计算结果与试验结果比较表明,所提方法能够较准确地预报三体船静水航行升沉和纵倾,且考虑升沉和纵倾后,三体船兴波阻力数值计算精度有明显改进.     

水下航行体兴波尾迹的快速分析法

为了预报水下航行体运动引起的水力特征尾迹,建立了一种水下航行体兴波尾迹和兴波阻力的快速分析模型,其Rankine源项采用Newman解析法进行求解,提高了计算效率.首先,介绍了该数值模型的理论基础和数值技术;接着,应用Newman细长体对该数值模型进行了系统的验证;然后,详细分析了Newman细长体和Suboff潜艇的兴波特征及其异同点;最后,分析了本数值模型的计算效率.研究表明:本计算模型能较好地预报水下航行体的兴波尾迹和兴波阻力,为水下航行体的型线优化、优良艇型的设计、兴波尾迹的实时预报提供了工程可实践性.     

艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响

依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.     

高速圆舭艇加装近水面消波水翼的研究

依据线性兴波阻力理论和兴波干扰原理对加装消波水翼船型的兴波阻力计算方法和降阻效果进行了研究．用所提方法对一加装消波水翼的高速圆舭模进行了计算,理论计算结果与模型试验结果的比较表明,建立的带消波水翼船型兴波阻力计算方法基本上可实用于消波水翼设计以及该类艇兴波阻力的估算．带消波水翼艇与无消波水翼艇阻力比较表明,加装消波水翼后,傅汝德数Ｆｎ在０．５５～０．８５区间,兴波阻力理论值和剩余阻力试验值都显著降低,当Ｆｎ＝０．６时兴波阻力理论值降低了１６．１％,剩余阻力试验值降低了２５％．     

计算流体力学正在蓬勃发展中

一门年轻而富有生命力的学科自1965年正式建立计算流体力学学科以来，仅短短30年，已发展为跨及流体力学、偏微分方程数值理论、数值分析和计算机科学等多种领域的交叉学科，并日益在生产实践中发挥越来越重要的作用。计算流体力学的研究任务计算流体力学产生于人类的生产实践活动，随着船舶下水、飞机上天等一系列实践活动的产生，急需解决的流体力学问题也随之而来。如船舶在水中航行时，如何减小水的粘性阻力和兴波阻力，波浪运动、风载荷对船舶结构有何影响。又如飞机航行时如何提高飞机的升力，如何控制飞行高度、方向等等。这些基本的…     

一类低速船舶兴波阻力的数值研究

本文根据下潜源思想改进的Hess-Smith方法和有限水深慢船理论,编制了相应的船体势流和兴波阻力的计算程序.通过对球鼻首进行特殊处理,将该程序运用于一类低速船舶——某散货船母型及两种改型的波阻研究.结果表明本方法可很好地区分仅球鼻首有微小差别的母型及其改型的兴波性能,该类船舶在同一水深下的波阻变化规律与无限水深一致.最后选出一种较优船型进行了进一步研究,探讨了浅水效应.     

肥大船型与球鼻艏

本文对若干艘方形系数为０．８０左右的肥大船在具有球鼻艏和只有常规船艏及满处相压载航行状态下，船型和静水阻力性能间的关系进行了分析。在此基础上，探讨肥大船型的权衡设计，并认为在肥大船型设计时应同时兼顾满载和压载航行状态的阻力性能。提出加装适当尺度的球鼻艏是改善压载航行状态阻力性能的有效方法之一． 四种肥大船原型的船模阻力比较试验的结果表明，对方型系数０．８左右的肥大船型前体和后体分别采用 ＳＳＰＡ和６０系列船型较为理想。 提供一压载航行时阻力性能有较大收益，而对满载航行时的阻力性能影响不大的球鼻艏．     

大型船舶浅水增阻和流场特性数值研究

为了分析大型船舶在浅水中航行时浅水效应对船舶阻力和流场特性的影响,以标准船型KCS(KRISO container ship)为对象,采用RANS(reynolds average navier-stokes)方法,对大型船舶在浅水中航行的船舶增阻和流场特性进行了数值研究,水深吃水比设定为1.5,计算域采用切割体自动划分网格,分析了浅水中船舶在不同航速下的阻力和流场变化规律,为大型船舶在浅水域中航行的水动力特性研究、最佳航速的选择以及航行安全等提供参考。研究发现浅水中航行的船舶,船舶阻力的增加主要为兴波阻力的增加,当航速处于跨临界区和超临界区时,阻力增加更为明显。     

压浪板对波浪中游艇航行的影响

通过建立数值拖曳水池,采用数值造波技术对游艇的迎浪航行进行仿真,并通过对裸艇体和带压浪板艇体在波浪中航行受力与运动的对比,研究安装压浪板对游艇的阻力、垂荡、纵摇的周期和幅度等方面的影响。     

全海候的双体船

近年来,日本出现了一种比单体船更实惠的新型船只,这就是在各种气候条件下都能高速航行并节省燃油的半潜式双体船。这种船由三井造船公司与日本船用机器开发协会共同研究,它的水上船体用细长的流线型支架与两个鱼雷状的水下船体相连接。与单体船相比,半潜式双体船具有优异特点:高速航行时阻力小;在波浪中航海性能好,失速小;甲板面积和舱室容积大,因而适用于高速客船、渡船、集装箱船、海洋调查船、工程船、供应船或者反潜舰     

Rankine源Dawson型方法求解三体船兴波阻力

提出将Dawson型兴波阻力理论计算方法用于求解三体船兴波阻力,按Dawson型兴波阻力理论计算方法对三体数学船型和三体方尾船型兴波阻力进行了理论计算,将兴波阻力理论计算结果与剩余阻力模型试验结果进行了比较,验证了Dawson型兴波阻力理论计算方法适用于三体船型兴波阻力理论预报,在中低速区间本方法较线性兴波阻力理论方法的计算结果有改进,并据Dawson型方法兴波阻力理论计算结果分析了三体船阻力特性和线性兴波阻力理论计算结果误差原因.     

潜体近水面航行兴波阻力计算

基于格林定理,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了潜体近自由面航行的兴波阻力,构建了一种在时域中求解兴波阻力的计算方法.该方法是时域算法,其特点是从初值开始,利用非定常的自由面条件,通过时间步进迭代而逐步达到稳态.这种求解模式对于定常和非定常问题都适用.文中确定了计算模型和参数,数值计算结果与试验结果对比,证实了本方法是一种可行、可靠的时域算法.     

“冰上丝绸之路”——北极航线船舶航行安全的跟驰模型

为研究"冰上丝绸之路"——北极航线船舶安全通航状况,特别是在有破冰船开道情况下,跟驰船舶与破冰船的安全间距以及跟驰船舶之间的安全间距问题,基于陆上交通流理论的跟驰模型,分析北极航线船舶的航行阻力即船舶水流阻力、船舶兴波阻力、碎冰阻力以及船舶制动性能,建立适用于北极航线的交通流跟驰模型,给出船舶安全间距、船头间距、船舶跟驰速度的公式,并结合"永盛"轮的具体资料和数据,进行模型参数验证和模型应用.结果表明,本文建立的适于北极航线的跟驰模型具有一定的现实意义,可有效降低凭借航行经验产生的航行风险,可为北极航线的船舶安全航行提供支持.