局部气垫双体船航行阻力预报方法与阻力特性研究

摘要

局部气垫双体船(PACSCAT)是一种以宽片体双体船为基础，辅以局部气垫作为支撑的新概念复合船型，以其吃水浅、航速高、机动灵活等特点在军事和民用领域有着广泛的应用前景。局部气垫双体船具有独特的垫升系统与其气封系统，水动力性能较其它船型有很大的不同，存在种类繁多、关系错综复杂的阻力成分，相应的阻力特性会随航速发生较大的变化。为了获得阻力性能优良的船型，有必要探讨分析各阻力成分的变化规律，以及相互间的影响。
　　局部气垫双体船船型新颖，与侧壁式气垫船在片体结构、气垫排水比重等方面存在较大差异，现有的理论方法不能完全适用于该船型的阻力性能预报。为此，本文采用试验与理论分析相结合的方法，研究了该船型的阻力预报方法，探究了阻力特性，为船型研发和分析提供参考。
　　1、局部气垫双体船船型新颖，可供参考的资料较少，通过对船型特点的分析确定了从工作原理相似的侧壁式气垫船入手。首先从试验、理论及数值三方面回顾了国内外关于侧壁式气垫船船型阻力成分、阻力预报方法的研究进展，分析了现有兴波阻力和气封阻力预报方法对于局部气垫双体船阻力预报存在的不足和难点，提出了本文拟采用的研究方法；
　　2、根据具体条件建立了局部气垫双体船阻力试验方法。针对局部气垫双体船阻力试验系统复杂、围裙系统敏感度高等特点设计了船模与气封系统以及垫升系统，提出了完整的试验方案和设备操作流程，通过重复性试验验证了试验方法的可行性和可靠性。利用该试验方法研究了局部气垫双体船阻力特性，总结了阻力、纵倾、升沉、泄流等随航速的变化规律。并在此基础上，从总阻力角度分析了垫升流量对局部气垫双体船阻力性能的影响；
　　3、基于Neumann-Michell理论，通过数学变换消除现有侧壁式气垫船兴波阻力计算方法中的水线积分，避免了水线积分和物面积分两者相减造成的误差。利用多项式拟合法对格林函数局部项进行了数值求解，提出了可用于研究局部气垫双体船和侧壁式气垫船近场兴波波形的兴波阻力计算方法。在此基础上研究了波向角的积分范围、宽体船型方尾修正和粘压阻力等问题，建立了气垫分割压力分布模型，分析了格林函数局部项对近场兴波的影响；
　　4、以试验现象为基础，分别建立了首尾气封阻力计算模型。在首气封阻力计算模型中，假设首气封仅有浸水部分发生了褶皱变形，其形状利用三次曲线表示，根据气封在水动力和垫升力两者间的受力平衡建立变形模型。在尾气封阻力计算模型中，忽略了幅值较小的外囊缩进变形，将尾气封的双囊围裙绕连接点的转动变形假设为具有刚度系数的弹簧片，基于铰链气封建立尾气封阻力计算模型。在此基础上，研究了浸深高度、航速和垫升压力（或囊压比）对首尾气封阻力的影响；
　　5、综合运用模型试验和理论方法，对局部气垫双体船的各项阻力成分和阻力特性进行了研究，利用试验结果验证了理论计算方法的可靠性。并研究了气垫与船体间的兴波干扰，垫升气室内部兴波对湿表面积影响，垫升流量和“局部气垫”对各阻力成分影响等问题。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

符号表

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 局部气垫双体船船型特点

1.3 侧壁式气垫船阻力预报方法国内外研究现状

1.4 论文的主要研究工作

第2章 局部气垫双体船阻力性能试验研究

2.1 引言

2.2 模型试验系统设计

2.3模型试验方案设计与不确定性分析

2.4 试验结果与分析

2.5 本章小结

第3章 兴波阻力计算方法研究

3.1 引言

3.2理论方法

3.3速度势求解

3.4 兴波阻力及波形

3.5 数值方法

3.6 算例分析及方法验证

3.7 本章小结

第4章 气封阻力计算方法研究

4.1 引言

4.2 气封压力分布计算方法研究

4.3 首气封阻力计算方法研究

4.4 尾气封阻力计算方法研究

4.5 本章小结

第5章 局部气垫双体船阻力特性研究

5.1 引言

5.2 非垫升状态阻力特性研究

5.3 局部气垫双体船兴波阻力特性研究

5.4 局部气垫双体船气封阻力特性研究

5.5 局部气垫双体船总阻力特性研究

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢