组合附体对双体船水动力性能的影响分析

双体船具有低阻力、高航速、良好操纵性和甲板宽大等优点,但是由于长宽比较小,双体船在斜浪中的扭摇运动比较剧烈。为了改善双体船的耐波性,采用T型水翼作为减摇附体来提高船体的附加质量和阻尼。然而,使用T型水翼进行减摇可能造成双体船的航行阻力增大。本文提出了采用尾压浪板改变船体纵倾、以对带T型水翼的双体船进行减阻的方案,并基于数值仿真和模型试验等手段,对比研究了不同航速下加装与不加装T型水翼及压浪板的双体船的航行阻力和耐波性。研究结果表明,在Fn=0.5~0.8的高航速段内,与双体船裸船体相比,加装了T型水翼和压浪板的双体船在静水中的航行阻力略有减小,而在波浪中的升沉运动响应平均减小了11.2%,纵摇运动平均减小了21.3%。采用T型水翼和压浪板作为组合附体,可实现双体船的阻力和耐波性等水动力性能优化的目的。     

高速穿浪双体船船型及性能研究

穿浪双体船（ＷＰＣ）是在小水线面双体船和高速以体船的基础上发展起来的一种新型高性能船，它保留发ＳＷＡＴＨ船型的低阻高速、甲板面积宽敞等特点，同时融合了Ｖ船型优良耐波性，作者对穿浪双体船的船型及阻力和耐波性等方面进行了研究。     

加装尾压浪板单体复合船型运动预报研究

为改善单体复合船型静水阻力性能,在传统单体复合船型基础上在尾部加装尾压浪板,可以改善其静水阻力性能,同时其耐波性能也得到提升.对加装尾压浪板的单体复合船型开展纵向运动预报研究,先后采用切片法进行理论预报,分别用二维RANS方法和三维RANS方法计算船体剖面及尾压浪板水动力系数,RANS方法计算组合附体和尾压浪板的升力系...     

船舶横摇运动的时间序列预报

船舶横摇运动是对船舶航行影响最大的运动,研究船舶横摇运动的建模与预报对于提高船舶适航性、耐波性有重要意义.根据船舶在随机海浪作用下的运动特性,运用时间序列分析方法建立了AR模型,并将其应用于船舶横摇运动时间序列预报,取得了较好的效果.仿真结果表明,预报误差为4.4% 左右.时间序列分析法亦可用于船舶纵摇、艏摇的时间序列预报,该方法在工程中具有很大的实用价值.     

基于拖曳和自航模试验的小水线面双体船水动力性能研究

以某千吨级小水线面双体船为研究对象,采用静水中拖曳方式研究小水线面双体船在静水中的阻力性能、浮态变化以及采用双桨双舵推进的自航模方式,重点考察小水线面双体船首尾鳍攻角安装位置及其在不规则波浪中的运动性能.试验满足模型和实船的几何相似、运动相似和重力相似的要求,Froude数和Strouha数分别相等.试验首先通过静水中拖曳方式测试浮态试验来确定首尾稳定鳍的合适安装攻角,然后在不规则波中考察小水线面双体船的运动规律.研究表明,该船必须根据流线来确定首鳍攻角,否则首鳍会产生较大的实际攻角,从而加大船的纵倾.同时该船在迎浪和首斜浪情况下运动幅值较小,尤其是垂向加速度,但在随浪和尾斜浪的情况下纵摇和横摇较大.     

稳定鳍和波高对SWATH波浪中纵向运动影响模型试验研究

为研究小水线面双体船(small water-plane area twin hull,SWATH)的耐波性,在拖曳水池里开展了SWATH顶浪规则波中纵向运动模型试验,研究了航速和稳定鳍纵向位置变化对船体纵向运动性能的影响,以及波高变化对船体运动响应的非线性影响。试验结果表明:不同航速下,船体的垂荡传递函数和纵摇传递函数均随着波长变化呈现出双极值;不同航速时的垂荡传递函数的极值大小变化较小。稳定鳍纵向位置移动3.5%设计水线长时,对模型的运动响应影响不明显。随着波高增加,模型运动响应的非线性特征突出表现在共振区附近,在低速时更为显著。     

船艇

我国船舶减纵摇研究取得重大突破一项可以应用于各种船舶，提高船舶作业率，减少晕船率，增加乘船舒适性的科研项目———船舶加装新型纵向运动组合附体，在哈尔滨获得重大突破，已成功完成了实船对比耐波性实验。该项研究是国家“十五”重点科研项目，主要是解决船舶在波浪中航行时的纵向运动摇荡以及由摇荡引起的砰击和上浪问题。过去国内外所研究的几十种减纵摇装置，由于受力大，引起船体振动及结构破坏等原因，始终没有达到工程应用。该船舶减纵摇研究有效地分配了提供减纵摇力矩的载荷，保证了结构强度，避免了振动等问题，取得了理想…     

小水线面双体船阻力及航态预报方法

为了在小水线面双体船船型设计阶段实现阻力与航态的快速预报,基于Dawson方法,通过船体局部网格快速划分迭代求解船体纵倾、升沉以及不同航态下的湿表面积变化,从而实现提高阻力预报精度和航行姿态的预报。同时针对不同数值处理对计算结果的影响进行了探讨。以排水式Wigley船型为例,将基于改进后Dawson方法的阻力与航态理论预报结果与试验结果、商业软件非线性方法的计算结果进行了对比,对所用理论及网格划分、表面积分等数值方法的选择进行了讨论与验证。运用验证后的理论及数值方法,对小水线面双体船型进行了兴波阻力、湿表面积、航行姿态及总阻力预报,并与试验结果进行对比,可以看出理论计算结果与试验结果在峰值与趋势上都吻合良好。研究表明,在小水线面双体船阻力预报时考虑航行姿态和湿表面积变化所产生的影响是十分必要的。验证了方法对于小水线面双体船阻力与航态的快速预报是可行有效的。     

粘性等效船舶横摇运动降阶预报方法

针对船舶耐波性中的经典横摇问题，本文提出一种针对横摇运动预报的粘性等效降阶方法。在该方法计算框架中，首先采用粘流模型和无粘模型分别模拟船体的强迫放大运动，预报不同运动幅度下的水动力力矩。其次，应用能量等效法获取船舶横摇阻尼随KC数变化的修正函数。最后，在横摇运动响应预报中，基于欧拉方程求解无粘流体，应用获取的阻尼修正函数，对横摇阻尼进行实时修正，以提高预报精度。为验证该方法的有效性，分别采用VEROM模型和RANS粘性模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报，对比结果表明：VEROM模型与RANS模型预报精度相当，但前者的计算时间可缩减到RANS模型的5%。     

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。     

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性时域计算方法研究

为在时域内研究小水线面双体船的运动,基于三维移动脉动源格林函数求解水动力系数,通过频时域转换法求解时延函数,并计入2片体间的水动力干扰、粘性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性时域线性计算方法。比较了在平动坐标系和随动坐标系下求解船体运动方程对运动计算结果的影响,并与频域计算结果和试验结果进行了对比。结果表明:在重心随动坐标系下求解船体运动方程,能够得到更准确的运动计算结果。采用频时域转换法求解时延函数快速高效,在此基础上建立的小水线面双体船耐波性时域线性计算方法能够获得与频域计算结果和试验结果吻合良好的结果。     

三体船艏斜浪中扭摇运动特性预报分析

针对三体船在艏斜浪中航行时产生的扭摇运动问题,本文基于粘流理论,使用开源代码OpenFOAM进行运动响应预报研究,并通过非线性动力学理论和船舶运动稳定性理论对三体船扭摇运动特性进行了分析。研究表明:在低速状态下,运动响应随波陡的变化更加明显,且变化主要体现在横摇运动上;在大波陡条件低速航行时,横摇运动呈现出混沌状态;严重的扭摇运动会对船舶安全性造成极大的影响。     

规则波浪中舰船操纵运动计算

当船舶在波浪中处于尾斜浪或顺浪航行时,可能出现稳性丧失和横甩等现象,所以船舶在波浪中的操纵性问题已引起人们的关注.目前,关于该问题的大多数研究往往局限在有限的浪向角范围内.本文在船舶静水操纵性基础上,直接迭加高频的波浪力,建立一个波浪中高频运动响应的操纵性预报方法.用二维Frank源汇分布法计算船舶随摇荡频率变化的附加质量———波浪的辐射力,以及规则波浪的扰动力———Froud Krylov力,在六自由度运动方程上直接迭加所计算的波浪力,并引用静水操纵中船、桨、舵水动力的计算模型,建立了规则波浪中船舶操纵运动预报模型,并数值计算了一条高速方尾船舶在不同规则波浪的波长、波高和浪向角下的操纵舵回转运动和Z形操纵舵运动,附加质量和波浪扰动力根据运动中的遭遇频率和浪向角确定.数值计算的回转角速度、横倾角和纵倾角的变化规律与文献中单桨单舵船模试验有着相似结果.     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动. 纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比. 设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项. 结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因. 产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽. 随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接 PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

船舶随浪中参数激励非线性随机横摇运动计算

研究了船舶随浪中大幅参数激励随机非线性横摇运动的计算方法,将船舶稳性高度GM作为时变的随机参数激励,建立了船舶随机随浪航行情况的参数激励横摇运动微分方程,方程中的三次阻尼项根据自由横摇船模实验数据求出.参数激励项的求解考虑了船体纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.在有义波高分别为10 m和12 m的2种不同随机波作用下,考虑初始横摇角为3°以及定常风作用下发生5°永倾角,计算出随机参数激励下船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明此方法可以用于计算随机随浪中船舶的参数激励横摇运动,同时显示了随机随浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

阻流板对深V型船阻力性能的影响

阻流板的安装会改变船舶艉部流场,影响船舶的阻力性能以及航行姿态。为了探究阻流板的作用机理,本文选取了三种不同深度的阻流板和一种阻-压浪板,比较阻流板安装前后船舶阻力以及航态的变化,分析船艉压力、流线分布等流场中流动细节的改变。试验及计算结果表明:当船舶航速较高时,合适深度阻流板的安装能达到减阻效果,减阻率可达7.52%;船舶阻力的减小,主要是由于船舶艉部流场的改善,减小了船舶的兴波阻力;阻-压浪板的减阻性能要优于阻流板单独使用时的效果,减阻率可达8.81%。     

滑行艇规则波中迎浪运动响应的时域解

针对滑行艇耐波性预报必须考虑水动升力影响导致常规方法不适用的问题,采用基于线性长波假设的方法,考虑了瞬时波面对各水动力系数及波浪载荷的影响,给出了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的时域解.同时,在计算瞬时水动力系数和波浪载荷时也考虑了升力效应.通过简化处理,将其应用于常规滑行艇的运动预报,并通过模型试验结果进行验证,计算值和试验值吻合较好,有较高的实际应用前景.     

异形柱和短肢剪力墙的轴压比限值比较分析

通过对异形柱轴压比限值影响因素的分析,根据大小偏心受压界限破坏机理,分别讨论了异形柱轴压比随截面尺寸、纵筋配筋率变化的规律,建议T形、L形柱腹板纵筋取为翼缘纵筋的0.7～1倍之间,并给出了此条件下的异形柱轴压比限值;依据异形柱轴压比限值的研究结论,参照高规对短肢剪力墙轴压比限值的规定,对比分析了异形柱和短肢剪力墙的轴压比限值,得出了异形柱和短肢剪力墙的轴压比限值可取一致的结论.     

斜浪群波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究斜浪群波中船舶参数横摇及其与复原力变化的关系,基于切片理论,计算了船舶无横倾时在斜浪群波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置.利用3个坐标系之间的转换关系,求解斜浪群波中船体各横剖面左右舷与波面的交点,确定各浸水剖面瞬时湿面积.基于规则波中复原力计算公式,提出了Froude-Krylov假说下的群波中复原力计算方法.同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出斜浪群波中船舶复原力之辐射力和绕射力部分.在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现斜浪群波中参数横摇计算.以一艘集装箱船为例,研究了斜浪群波中复原力变化以及参数横摇规律,结果表明斜浪群波中会发生参数横摇现象,且复原力变化幅度是影响参数横摇预报的一个重要因素.     

Spar平台垂荡-横摇-纵摇非线性动力响应模型试验

针对Spar平台垂荡-横摇-纵摇三自由度非线性耦合运动模型,在垂荡、横摇和纵摇固有频率接近2∶1∶1时的非线性耦合运动现象进行试验研究。采用1∶120制作模型,在规则波中测量不同波浪周期和波高下的非线性耦合运动响应。试验得到了平台固有运动特性,幅频响应特性,以及组合共振和内共振等非线性耦合运动规律,揭示了能量在垂荡、横摇和纵摇模态的渗透机理以及初始条件对能量在各模态转移的影响,确定了Spar平台发生组合共振和内共振的不稳定参数区域。为今后Spar平台的设计和运动预报提供了试验参考。