浅水中细长船体辐射水动力计算

摘要

在现代船舶的设计中，在满足船舶快速性要求前提下，也要满足操纵性和耐波性的要求。关于船舶操纵性和耐波性的研究，主要有实验方法和数值计算方法。实验方法以模型试验为主，比较可靠，但是费用高、耗时长；数值计算方法是应用流体力学知识和计算机技术对船舶绕流场和水动力进行计算，能够在给定船舶设计型值的前提下对船舶的操纵性和耐波性进行预报。数值计算方法可分为粘性流方法和势流方法两大类。粘性流方法和三维势流方法需要较长的计算时间，而以切片法和细长体理论为代表的简单势流方法则能够对船舶操纵性和耐波性进行快速预报。本文的研究目的在于，开发和采用一些简便、快捷的数值方法，作为粘性流方法和三维势流方法等复杂数值方法的辅助手段，为船舶水动力性能提供快速的初步预报。 船舶操纵性和耐波性预报的实质是作用在运动船舶上的水动力的计算，而船舶水动力则是通过分别计算波浪主干扰力、辐射水动力和绕射水动力，并进行线性求和得到。本文只针对船舶辐射水动力进行研究。 通常，对于船舶水动力的研究都是针对深水情况下进行的。然而对于现代大型船舶而言,当其在近岸、入海口、港湾和内河航道等水域航行时，这些水域相对于船舶而言成为浅水域，已经不能按照深水来处理。因此，对现代大型船舶的浅水水动力进行计算研究具有实际意义。 本文针对浅水中航行的船舶进行了辐射水动力数值计算,在前人工作的基础上,开发了一套辐射水动力数值计算程序。可以在船舶设计初期,对船舶在浅水中航行的辐射水动力进行快速计算。 本文主要建立在势流理论体系下,对细长船舶辐射水动力进行计算。分别计算了浅水中无航速船舶的辐射水动力系数、低航速船舶的辐射水动力系数和高航速船舶的辐射水动力系数；对应的方法分别是切片法、STF法以及二维半方法。二维剖面的水动力求解采用简单格林函数法，可以对复杂船型进行计算。程序编写的平台是Compaq Visual Fortran,程序在6.6版本上实现,计算结果稳定。且程序对于船体形状,在满足细长体假定的前提下具有通用性。本文对数学船型和实际船型分别进行了计算,部分结果与实验值进行比较,得到了较好的结果。本文所使用的方法,计算速度快,精度较高,为后续研究作了一些基础性的工作。