喷水推进高速登陆运输船舶快速性提升研究

摘要

针对“平头方尾”型重载登陆运输船舶航速偏低的现状，本文通过船底开槽的方式来减小高航速下的船体阻力，并采用功率密度更大的喷水推进器替代螺旋桨推进以提升原船的快速性，为大载重登陆运输船舶的高速化提供技术支持。 为了减小“平头方尾”型登陆运输船舶体在高航速下的阻力，本文在船底开设一条纵向槽道，通过槽道引流作用实现船艏高压区的“泄压”效果和改善船底压力分布。船底开槽分为船艏局部槽道和纵向贯通槽道两种形式。船艏局部开槽减阻研究通过改变槽道相对船体的长度、宽度得到了开槽尺寸与减阻效果间的关系。纵向贯通开槽减阻研究通过改变槽道顶板的倾斜角度、顶板的形状来控制槽道引流量大小，得到了减阻效果较好的船体开槽方案。为了在船体尺寸空间受限的条件下提供更大的推力使船舶达到高航速，原船的推进方式由传统的螺旋桨推进改为功率密度更大的喷水推进。 开槽减阻研究中，船体的流场及阻力采用CFD方法进行数值求解，并计及船体航态及自由液面的影响。在对喷水推进自航船模的运动模拟中，采用了体积力方法替代真实叶轮的作用来提高计算效率。 对裸船体的开槽减阻计算结果表明，船底开设的引流槽道能够有效降低高航速下的船体阻力，且槽道引流量是影响减阻效果的主要因素。槽道引流量大能够明显减小船体的首尾压差，但因此造成的吃水增加也会影响对摩擦阻力项的减阻作用。为了控制槽道引流量在合适的范围内，在原船底部采用了顶板为折角形的纵向贯通槽道，当顶板折角点位于船中时，裸船体在30 kn航速下的减阻率达到了24.07%。原船安装喷水推进器后，船体流场与推进器产生相互作用，高航速下喷水推进器出现的负推力减额在一定程度上减小了船体阻力。在喷水推进自航状态下船底开槽减阻作用使原船在30 kn航速下的减阻率达到了25.17%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法与技术路线

第2章 船舶计算流体力学基础

2.1 数值计算原理

2.2 基于有限体积法（FVM）的控制方程离散

2.3 边界条件

2.4 稳态和非稳态模拟

2.5 船舶流场模拟中的关键技术

第3章 无附体船模的阻力计算

3.1 计算域的三维建模与网格划分

3.2 相关求解条件的设置

3.3 船体DFBI运动模型的建立

3.4 计算结果和后处理

第4章 船底纵向开槽减阻研究

4.1 船艏局部开槽的减阻效果分析

4.2 槽道顶板倾斜角对减阻效果的影响

4.3 槽道顶板形状对减阻效果的影响

4.4 本章小结

第5章 船模喷水推进自航计算与快速性提升研究

5.1 喷水推进器的CFD模拟

5.2 自航船模的运动模拟

5.3 喷水推进船模的开槽减阻效果分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文