新型复合三体船阻力和波浪中运动特性研究

摘要

随着人类对海洋能源和海洋应用的需求日益加大，船舶行业发展迅速，人们对船舶快速性、耐波性、舒适性等也提出了更高的要求。高性能船舶因其优秀的综合航海性能，发展势头迅猛，新船型不断涌现，其中多体船和复合多体船成为近年来的研究重点，其水动力特性的研究和预报也备受重视。
　　三体船因其优良的快速性，良好的耐波性，利于大型化的特点，在军用民用方面的广阔应用前景已经得到共识;小水线面船型具有突出的耐波性，但其相对而言明显的缺点是静水中阻力大航速低、对吃水变化较为敏感。本文采用船型生成技术研究生成了结合三体船和小水线面双体船构型的新型复合三体船，并对其阻力性能、流场分布及波浪中运动响应特性进行了研究。
　　基于粘性流体力学理论，采用CFD技术探讨研究了船舶阻力、粘性流场分布、数值造波方法和波浪中船舶运动响应预报方法。利用研究的方法，对研究的复合三体船进行了阻力、流场分布及特性、船舶在波浪中运动响应特性研究。针对船舶流场和压力分布及船舶耐波性需求，深入研究了中体艉部形状对船型的性能影响研究。研究了中体艉部对船舶阻力和航态的影响特性，及船体艉部形状和船型变化与航速、波浪参数的变化关系，预报分析了船舶纵摇、垂荡、重心加速度运动响应参数的变化特性。在前述研究的基础上，以静水和波浪中的水动力性能为目标，进行了多方案的对比分析。为改善此种船型波浪中的纵向运动性能，进行了T型翼对船型波浪中运动性能影响的研究，进行了T型翼的安装位置、攻角方向及大小对复合三体船的静水中阻力、航态及波浪中运动响应的影响研究。
　　研究表明，中体艉部形状变化对船舶的阻力和航行姿态有一定的影响;中体艉部较宽且纵向斜升角较大时，静水和波浪中的阻力及运动响应方面均更好;迎浪中复合三体船的纵摇、垂荡、重心加速度等运动响应幅值均呈现明显规律性，高速时波浪中的运动响应仍较大;安装T型翼后，较安装位置而言，攻角为影响船体静水阻力及航态的主要因素;T型翼的安装可使较大波长船长比处的运动响应有显著降低，且安装位置、攻角均对运动响应的降低有不同程度的影响;对较小波长船长比处的运动响应，T型翼的作用较小，船型产生的影响较明显;安装合理位置及攻角的T型翼的复合三体船，阻力略有增加，但在耐波性上具有一定优势。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1本文研究背景及意义

1．2国内外研究进展

1．2．1三体船的研究进展

1．2．2复合船型研究进展

1．2．3方艉研究进展

1．2．4 T型翼减摇研究进展

1．3论文完成的内容及开展的工作

第2章粘流数值模拟基本理论与方法

2．1基本控制方程

2．1．1粘流基本控制方程

2．1．2湍流控制方程

2．2湍流模型

2．2．1标准k-ω模型

2．2．2 SST k-ω模型

2．3网格划分与数值离散

2．4边界条件和初始条件

2．4．1边界条件

2．4．2近壁面模型

2．4．3初始条件

2．5 VOF液面捕捉方法

2．6本章小结

第3章粘性流场及运动响应预报方法研究和验证

3．1粘性流场数值模拟方法与验证

3．1．1计算模型

3．1．2网格划分及计算方法

3．1．3计算结果及验证

3．2线性规则波浪数值模拟方法

3．2．1波浪数值模拟方法

3．2．2波浪模拟结果及分析

3．3波浪中船舶运动响应数值模拟研究及验证

3．3．1波浪中船舶运动响应方程

3．3．2计算模型及工况

3．3．3波浪中运动响应数据处理方法

3．3．4计算结果与验证

3．4本章小结

第4章复合三体船艉部形状对流场及运动响应影响研究

4．1复合船型艉部生成及选型研究

4．1．1艉部选型及主要参数

4．1．2船型生成

4．1．3网格划分

4．2复合三体船的阻力性能及航行姿态

4．2．1阻力预报及分析

4．2．2航态预报及分析

4．2．4流场分布及分析

4．3波浪中复合三体船的运动响应特性

4．3．1波浪中网格划分及计算工况

4．3．2纵摇幅值响应

4．3．3垂荡幅值响应

4．3．4重心加速度

4．3．5波浪增阻

4．4艉部对波浪中运动响应的影响

4．5本章小结

第5章T型翼对复合三体船水动力性能的影响

5．1 T型翼的计算及选取

5．1．1 T型翼方案

5．1．2攻角对T型翼升阻力的影响

5．1．3速度对T型翼升阻力的影响

5．2 T型翼对复合三体船静水性能的影响

5．2．1三体船加装T型翼网格处理

5．2．2加装T型翼后升阻力计算结果

5．2．3加装T型翼后对航态的影响

5．3 T型翼位置对复合三体船波浪中运动响应的影响

5．3．1 T型翼位置对纵摇的影响

5．3．2 T型翼位置对垂荡的影响

5．3．3 T型翼位置对重心加速度的影响

5．3．4 T型翼位置对波浪中受力的影响

5．4 T型翼攻角对复合三体船波浪中运动响应的影响

5．4．1 T型翼攻角对纵摇的影响

5．4．2 T型翼攻角对垂荡的影响

5．4．3 T型翼攻角对重心加速度的影响

5．4．4 T型翼攻角对波浪中受力的影响

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢