前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
三体船布局对阻力影响的初步研究的开题报告
三体船布局对阻力影响的初步研究的开题报告
题目：三体船布局对阻力影响的初步研究
研究背景：
作为常见的深空探测器，三体船在空间探测中担任着重要的角色，然而对于三体船的阻力问题，目前仍存在着不少的争议。
三体船中心引力互相影响，因此船体结构
布局对传感器的影响也不容忽视。
因此，对于三体船的布局结构的阻力影响问题进行
研究，对于提高航空器运行效率和减小对环境的影响具有重要意义。
研究目的：
本研究旨在通过数值模拟和实验研究方法，探索三体船的布局结构对空气中的阻力、升力等物理参数的影响，并寻找优化布局的方法，以提高船体的设计效率和降低
燃料消耗。
研究内容：
1.通过CFD软件对三体船的布局结构进行建模，并分析各个零部件对阻力的贡献。
2.通过风洞试验等实验方法，对三体船布局方案的阻力系数进行测试，并对比分析各种布局方案的优劣。
3.借助MATLAB等数据分析软件，对试验数据进行处理和分析，并寻找优化布局的方法，以达到最高的运行效率。
研究意义：
三体船在现代探测事业中起着举足轻重的作用，通过对其布局结构的阻力影响进行研究，可帮助设计师更好地选择适合的布局结构，提高航空器运行效率和降低燃料
消耗，具有重要的实际应用价值。
三体船模型阻力性能的试验研究
较 大 。我 们通过 试 验 ， 探索 当侧 体 与 中体 的不 同组
合 形式 时 ， 三体 船 的 阻力 变化 规 律 。从试 验 数 据 中 找 出最佳 组 合 。为 理 论 上数 值 计 算 的 三 体船 兴 波 阻力 的结果 提供验 证 。
侧体 主要 的 作用 是 提 高稳 性 和 耐 波 性 Ｊ 。三 体 船
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第 ８卷
第２ 期 ２
２０ ０ ８年 １ 月 １
科 Ｎｏ ２ Ｎ１ ． １８ ．２ ） ｖ
２ ０８ ０
１７ — ８９ ２ ０ ）２ ６５ —３ ６ １１１ （ ０８ ２ — １６０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎ
第 一 作 者 简 介 ： 大 明（ ９ ７ ）男 ， 北 秦 皇 岛 人 ， 苏 科 技 大 学 杨 １６ 一 ， 河 江 实验 师 ， 究 方 向 ： 舶 与 海 洋 工 程 试 验 ， － ｉ：ｄ ６ １＠ ｙｈ ｏ 研 船 Ｅｍａ ｙｍ ７ ２ ａｏ ． ｌ
ＣＯｍ ． Ｅ１ 。 ， ３
要 考虑 它们 的相 对 位置 ， 需 要 ９个 参 数来 描 述 三 共 个 船体 ， 参 数 来 描 述 它们 的相 对 位 置 。 由于船 ４个 舶 是关 于纵 向中心 线对 称 的 ， 述船 舶 基本 形 状 的 描 参 数可 以减少到 ８个 ， 即主船 体 的长 度 、 宽度 、 吃水 ，
２０ ０ ８年 ８月 １ １日收 到 校 企 科 技 服 务项 目（０ ４ Ｈ ３ Ｈ） ２ ０ Ｃ ０ ９ 资助
侧 体 的长 度 、 宽度 、 吃水 ， 体 中横 剖 面 相对 于 主船 侧 体 的 中横 剖面 的纵 向位 置 和总 宽 （ 主船 体距 侧体 的
三体舰船研究综述
三体舰船研究综述摘要：近年来,舰船研究与设计人员一直在探索新的舰船设计的思想,寻求适应21世纪的新的舰船构型.为了在成本、生命力、隐身性等舰船设计的一些关键因素上寻求新的突破,舰船设计人员根据单堆栈船或双体船设计上的经验与启示,提出了三体船的设计思想.这是一种创新的设计思想,目前的一些研究成果显示：在降低寿命周期和采购费用、具有较好的耐波性、具有更灵活的内外甲板设计以及减少物理特性等方面,三体船都具有可观的前景.关键词：三体船；研究现状；设计方案；技术特征近年来,特种排水型高性能船型的研究趋于活跃,如深V 型船、小水线面双体船以及穿浪双体船等都是研究和实用较多的船型,还有一种新船型高速三体船引起了人们很大的关注.高速三体船水下部分由中体(主船体)和两个小侧体(辅船体)组成,3个船体均为细长片体,中体比普通单体船更加瘦长(L/B大约在12到18)之间,侧体排水量不超过中体排水量的10,连接桥将侧体与中体连接成一体.这种船型构造使高速三体船的兴波阻力小,2个侧体又能提供足够的稳性,连接桥还具有提高总纵强度的功能,同时还有利于形成宽阔甲板面,为设备布置提供更大空间.此外,该船型也具有优良的耐波性,尤其是可避免双体船的“扭摇”(横摇与纵摇的耦合摇摆)与“急摇”(短周期的横摇),并可明显减小纵摇和升沉.高速三体船用作军船还有防护能力、破损稳性以及隐蔽性好,利于武器系统分散布置、模块化设计和直升机操作等优点.尽管高速三体船与常规单体船相比也有制造工艺复杂、制造成本高的缺点,但鉴于在主要技战术性能方面的优势,该船型适合用作多种水面舰船,如高速护卫舰、驱逐舰、导弹艇、猎潜艇等,甚至有人认为高速三体船是未来航母的潜在船型,其应用前景相当广阔.1.国内外研究现状20世纪70年代原苏联就对三体船的深、浅水阻力进行了理论研究,随后国外又发表了一些三体船方案分析和模型试验的文献.90年代这种新船型开始得到厂商的青睐,有少量实船付诸营运,如爱尔兰的三体船“冒险家”号.从90年代中期开始,该船型受到国外军方重视,美、英及北约其它成员国的海军对该船型都产生了兴趣.英国在此期间开始投入了大量资金对军用三体船进行研究与设计论证, 于2000年建造出了98.7m长的三体试验舰“RV 特里顿”号(“海神”号).该试验舰是按护卫舰的概念以2/3的比例缩小设计建造的,下水后进行了广泛的实船试验,目前实船试验仍在进行.英国“未来水面战舰(FSC)计划”将三体船作为第一候选船型,并计划到2013年以FSC替代22型、23型护卫舰.此外,意大利对高速三体船也进行了较为系统的理论计算和模型试验研究,研究内容包括片体布局优化、兴波阻力特性、波浪中的运动特性以及船体结构强度等.北朝鲜则对2500t级的高速三体船的片体布局和快速性进行了研究,采用了模型试验、理论计算与分析的方法,研究船型与护卫舰相近.美国军方则提出了47. 7kn航速“蓝骑士”号巡逻艇、30kn以上航速驱护舰,以及32kn航速25700t的“海妖”号大型战舰构想,并长期派员参与英国“海神”号实船试验.法国、日本、加拿大也表现出了对三体船的兴趣.在国内,近几年高速三体船的研究也开始受到重视.20世纪90年代末至本世纪初哈尔滨工程大学、海军工程大学、上海船舶科学研究所和上海交通大学几乎同时对高速三体船的船型与水动力进行了研究,初步了解到其兴波阻力、耐波性方面具有较大优越性.当代三体船的研究已有20多年的历程,直到90年代中期以后高速三体船的研究才取得了较大发展. 这期间国内外高速三体船的研究主要集中在水动力理论、模型试验、船型优化以及概念设计等方面,也有少量关于结构强度方面的文献,如将双体船的剪力和扭摇力矩公式作适当变换使之适合于三体船的强度计算,通过计算实例指出三体船的扭摇力矩可以忽略,剪力和弯矩是成比例的.2．设计方案研究在三体船的研究中,曾有过很多种方案设计,针对舰船,航母,英国伦敦大学曾提出了如下设计方案,以供海军装备部门进行比较选择.第一种是反潜护卫舰.该设计方案提出的设想是用细长的三体船来执行世纪型护卫舰所承担的防卫任务.这一设计引起了英国国防部的浓厚兴趣.其特点是在动力推进系统和直升机在小型舰艇上的布置方面.第二种是近海巡逻艇.在此设计方案中,该三体船重吨,比吨的单体船重,但推进装置所需的功率反而比单体船小.设计人员预测,三体船的单舰建造成本并不比单体船大.该设计的总体布置更加灵活,直升机的布置也更加方便.据估计, 该三体船具有更好的耐波性,在一级海况中,该型三体船的最大持续航速比单体船要高出一节.第三种设计方案是小型航空母舰.本方案是根据防务研究局的要求,按单体船的设计改变而形成的,其目的是检验未来航空母舰对这种新的设计概念的适应性,这一设计方案不仅在耐波性或推进系统方面,而且在飞行甲板的总体布置以及生存能力方面都显示出优势.其飞行甲板很宽,它可以使飞机的升降装置布置到跑道之外.这表明,三体船型长而宽的特点可以在给定的飞行甲板长度的要求之下,使排水量更小,造价更低廉.第四种设计方案是防空驱逐舰.该设计方案能满足现代防空驱逐舰队的要求.由于其较宽的上层甲板,三体船型的防空驱逐舰在居住舱室和作战空间的布置上显示出更加灵活的优越性.另外,推进装置能以较小的功率产生较大的推进力.第五种设计方案是轻型护卫舰.该研究与一个相似要求的单体船设计相对应, 目的是考察吨的近岸巡逻艇与超过吨的护卫舰之间的设计范围.对于以上这几种设计方案,伦敦大学的研究人员从稳定性、航速和功率、阻力、推进系统、耐波性、操纵性、结构、生存能力、总体布置等方面作了进一步的研究.为进一步选取最佳方案打下了基础.3.技术特征三体船是为适应世纪反潜作战需要而开发的一种新的高性能船舶,它与常规单体排水型船舶相比,具有七大特点.一、隐身性能好三体船的上层建筑低矮平滑,船体暴露部位虽双面体或多面体,四周转角处做成圆弧状可减少对雷达波的反射,有较好的雷达隐身性能.机舱排气道布置在主船体与舷侧船体之间,从而减少了红外信号特征.机械设备尽可能布置在较高的位置,加上舷侧体的屏蔽,可减少舰船自身的辐射噪声.二、航行阻力小三体船的主船体长宽比约为,与一般单体船相比狭长许多,这就大大降低了高速航行时的兴波阻力.研究表明,即使带有舷侧船体,三体船航行时的阻力也要比同样大小单体船航行时的阻力小.这就使其在高速航行时,可相应减少主机的输出功率,进而节省燃油.三、上甲板宽阔与单体船相比,三体船的上甲板非常宽阔,这将为舰船的布置提供十分便利的条件,可使武器和电子设备分散布置,减少了它们彼引间的相互干扰.同时,宽大的甲板还使其便于布置更大的直升机起降平台,搭载更多的反潜直升机,从而大大加强舰艇的反潜作战能力.四、生存能力强三体船的主要设备和人员、弹药等均布置在船体内,两侧的舷侧船体可对其起到关键的保护作用.即使在主船体中弹、破损后, 其稳性也超过单体船.同时, 船的动力和操纵还可通过其他船体来实现三体船的主要设备和人员、弹药等均布置在主船体内,两侧的舷船体可对其起到关键的保护作用.即使在主船体中弹、破损后,其稳性也超过单体船.同时,船的动力和操纵还可通过其他船体来实现. 五、适航性改善由于采用发般龙骨、减摇鳍等减摇措施,三体船的升沉、纵摇、横摇等均有所减小.主体与舷侧体间存在一定距离,使相互间的波浪干扰较小.与双体船和小水线面双体船相比, 波浪拍击对三体船的影响也较小.六、建造费用低按照常规单体护卫舰一贯采用的正常程序进行估算,三体护卫舰的建造费用比单体舰的建造费用少,总费用包括作战系统低.这是因为三体船型结构使舰的推进系统和电子系统有所简化设备重量的减轻和只采用一根主轴,又使舰相应减少了基座和支撑的重量,从而进一步降低了建造费用.七、改装余地大三体船宽阔的空间,武器、电子设备的布置,还有利于实现模块化,便于今后的现代化改装.同时,加宽三体船的舷侧船体可增加船的稳性,这也为以后的现代化改装提供了余地.4.展望由于高性能三体船在耐波性和稳性方面有较大优势,尤其是高速三体船能够避免双体船的“扭摇”与“急摇”.而国内研究和应用起步比较晚,许多技术还不成熟,理论研究也不是很透彻,国际上的许多研究都是在十分保密的情况下进行的,公开发表的文章并不多见,加上该船型的上述较之其它高性能船的明显优势,根据国民经济发展水平、人民生活水平提高的需求、军事战略的要求,通过深入的理论分析和模型实验,得到较详实的水动力实体参数,实现船型优化,建立高性能三体船型的理论预报模型将十分有意义.因此为促进高速三体船的实际应用,应当做进一步研究,如:(1) 开展对实船航速的超高速三体船研究;(2) 采用已有的或新的工程优化方法对高速三体船进行船型优化研究;(3) 以三维面元法开展高速三体船在波浪中的运动研究,并进一步开展高速三体船兴波阻力以及粘性阻力计算方法的研究;(4) 展开高速三体船的军事应用、船体结构和总布置方面的研究.。
三体船随浪中的完整稳性研究
三体船随浪中的完整稳性研究在航海中，船舶的稳定性是一个非常重要的问题。
稳定性是指船舶在遇到外部扰动时能够保持稳定状态的能力。
对于三体船这种特殊的船舶形式，其稳定性研究显得尤为重要。
本文将针对三体船在波浪中的稳定性展开探讨。
一、三体船的基本结构三体船是一种由三个主要船体构成的船舶，通常是两个较小的侧向船体和一个较大的中央船体组成。
这种结构能够提供更大的承载能力和稳定性，适用于一些需要大型载货的船舶。
二、波浪作用下的三体船稳定性在波浪中，船舶会受到波浪的冲击力和摇晃力的作用，而对于三体船来说，由于其结构的特殊性，波浪的作用会更为复杂。
一方面，三体船的中央船体会承受更大的波浪力，另一方面，侧向船体会对中央船体产生一定的支撑作用，从而影响整个船舶的稳定性。
三、三体船在波浪中的完整稳定性研究1.理论分析通过对三体船在波浪中的受力分析和动力学建模，可以得到船舶在波浪中的运动方程，进而可以计算出船舶在不同波浪条件下的稳定性情况。
同时，可以借助计算流体动力学（CFD）模拟软件来模拟船舶在波浪中的运动情况，以进一步验证理论分析的结果。
2.模型试验为了验证理论分析的准确性，可以进行三体船在波浪水池中的模型试验。
通过在模型水池中模拟不同大小和方向的波浪，观察三体船在波浪中的运动情况，并对其进行分析和评估。
这种试验可以为进一步的研究提供基础数据。
3.实际海试验最终，为了验证理论分析和模型试验的结果，可以进行实际的海试验。
在真实海洋环境下，观察三体船在不同波浪条件下的稳定性情况，并对其进行评估。
通过海试验可以更加真实地反映出船舶在波浪中的实际表现。
四、结论三体船在波浪中的完整稳定性研究是一个复杂而重要的课题，需要结合理论分析、模型试验和实际海试验来进行全面研究。
只有深入了解船舶在波浪中的受力情况，才能更好地提高船舶的稳定性性能，确保船舶的安全航行。
希望未来能够有更多的研究投入到这个领域，为船舶工程的发展和进步贡献力量。
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析船舶在航行过程中，由于涉及到复杂的水动力学问题，船体的运动也会受到多种因素的影响，而横摇是其中比较典型的一种运动形式。
因此，对于舰艇进行操纵和控制时，必须充分考虑到船体的横摇运动，并采取相应的措施，以保证船舶的安全性和航行效率。
在本文中，将介绍一种船舶操纵与横摇耦合运动试验与分析。
一、试验目的本次试验的目的是探讨船舶操纵与横摇耦合运动的特性，并对其进行分析。
通过试验，可以得到以下方面的参考数据：1. 船舶在不同操纵条件下的横摇幅度、周期和频率等参数。
2. 不同操纵条件下的船舶横向加速度及姿态角等参数。
3. 分析船舶操纵与横摇的耦合特性，探究操纵对横摇的影响以及如何通过操纵来控制和减小船舶的横摇运动。
二、试验方法本次试验采用的是真实船舶模型，通过在水槽中设置波浪平台来模拟船舶在风浪条件下的横摇运动。
试验过程中将记录下来船舶的操纵动作，如舵角、推进力等参数，并通过惯性测量系统来实时记录船舶姿态、速度、加速度等数据，最终利用Matlab等工具进行数据分析和处理。
三、试验结果在试验过程中，分别对舵角、速度等操纵参数进行多次试验，得到了相应的实验数据。
其中，船舶的横摇振幅和周期与船速和船舶构型等因素都有关系，试验结果如下：1. 船速对横摇振幅的影响：当船速较低时，横摇振幅较小，随着船速增加，横摇振幅逐渐增大，达到一个最大值后开始逐渐减小。
2. 船舶构型对横摇振幅的影响：在相同的船速下，不同平台宽度的船舶，横摇振幅也有所不同。
当平台宽度较小时，横摇振幅会比较大，而平台较宽时则会有所减小。
3. 操纵对横摇的影响：若未加任何操纵时，船舶的横摇运动会明显增大，而操纵动作（如舵角）的变化可以对横摇进行控制和调节，减小横摇的振幅和周期。
四、分析和结论通过对试验结果的分析，得出了以下结论：1. 横摇运动受多种因素的影响，如船速、船舶构型等因素都会影响横摇振幅和周期的大小。
2. 操纵动作可以帮助减小船舶的横摇振幅和周期，调节范围也受舵盘角度的限制。
船舶阻力试验简介
船舶阻力试验简介船舶阻力与造船工程实际密切相关，对设计性能良好的船舶具有重要意义。
迄今为止，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
船模试验中计算实船阻力的基本方法依旧在实船建造的前期工作中占有极大的比重，因此本文通过了解、学习各种相关论文分析船舶阻力试验的各种方法介绍并简要叙述其优缺点。
1阻力分类目前，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
在船模试验中，模型船体并不安装螺旋桨等推进器，而是依靠一定的牵引力在水池中进行匀速向前运动。
因此在进行模型试验时候我们只模拟船舶航行阻力中水阻力中的静水阻力。
而静水阻力通常由裸体阻力和附体阻力组成，其中裸体阻力还会受到环境条件的影响而发生变化。
进一步划分的话，船的裸体阻力还将包含有摩擦阻力和压阻力两种阻力成分。
根据性质的不同，压阻力还含有粘压阻力和兴波阻力两种阻力。
因此我们在高速三体船模型阻力试验中的阻力研究主要研究船的总阻力、黏性阻力和兴波阻力三种阻力。
2研究船舶阻力的方法船舶阻力的研究方法分别有理论研究方法、试验方法和数值模拟。
1）理论研究方法应用流体力学的理论，建立物理或数学模型，根据有关试验观察和测量，结合理论的推演计算。
对于像船舶快速性这样的复杂问题，往往只能获得基本的、定性的解决。
2）数值模拟根据数学模型，采用数值方法（数值模拟）预报船舶航行性能和优化船型和推进器的设计。
但是，由于船型复杂多样，围绕船体的流动也极为复杂，因此数值模拟只能解决部分问题，而大量快速性的实际问题，主要的还是依靠模型试验。
3）试验方法试验方法包括船模试验和实船试验。
船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论（或因次分析）制作小尺度的船模和桨模，在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。
许多优良船型或重要船舶几乎都要进行船模试验。
在船舶快速性研究的历史上，船模试验一直是最主要的方法，在某种意义上说，曾经是唯一的方法。
但船模试验有其局限性，诸如因尺度效应不能完全模拟实船的情况等。
三体船阻力性能的初步试验研究
杨大明
科究
杨松林 韩 斌
（ 苏科 技 大 学 船 舶 与 海 洋工 程 学 院 ， 苏 镇 江 ２２ ０ ） 江 江 １０ ３
摘 要： 三体船 的超 细长的船体使 剩余 阻力大幅度降低 ， 而且 消波性能好 。 其侧体与 中间主船体之 间的前后相对位置和横 向距 中间距离对其耐 波性及阻力性能影响较 大， 通过试验 ， 索了一 些侧体与 中体 不同组合型式三体船的 阻力变化规律 。 探 关键 词 ： 体 船 ； 能试 验 ； 舶 阻力 ； 三 性 船 高性 能
水， 侧体的长度 、宽度 、吃水 ，侧体中横剖面 论 。 （）侧体相对 主体的前后不 同位置对有效 １ 最 近 几 年 各 种 超 细 长 多 体 船 型 Ｓ Ｍ 相对于 主船体 的中横剖 面的纵 向位置 和总宽 ＳＨ （ｕ ｅ ｌｎ ｅ ｌ ｕ１ Ｓ ｐｒ Ｓｅｄｒ Ｍｕｔ Ｈ ｌ ｉ ）相继 被 开发 ，超 （ 主船体距侧体的距离可 由此而定） 。侧体不必 马力 的影响。 细长的船体使其剩余阻力大幅度降低 ，而且船 象 主船体一样纵向轴对称 。侧体的长度 和首尾 在傅 汝德数小 于 ０ 时 ，侧体放 在 中间 ， ． ３ ． ４ 长的增加对改善耐波性有利 ，甲板面积小和稳 位置是由船体产生的波形 和稳性决定的。为了 整艘 船的有效马力较小 ；在傅 汝德 数大于 Ｏ 性木足的问题则通过采用多体结构来解决。这 减 小阻力 ，消除波浪 ，侧体尽可 能靠后布置 。 时 ，侧体 放在尾部 ，整艘船得有效 马力较 小 ； 圾 样便相继 出现了具有两个超细长片体的双体船 军船对于破损稳性的要求 以 希望重点舱 室得 所 以在建造实船 时，应根据设计 的航速来选择 以及以一个超细长船体 为主、两侧配置 ２个或 到保护 ，需要将 其布 置在主体 的 中横 剖 面位 侧 体的前后位置 。吃水相 同，侧体 间距相同 ， 一 。［ 甲 ＿ ０８ 薪 四 ４ 个侧体 而形成 的所谓三体 船 （ｒ ａ ｎ Ｔｉ ｒ ）或 置 ，这 意味着侧 体的位 置 比民船 的设 计更靠 比较侧体 中部 、 ｍ ａ 尾部情况 。侧体在尾部 的阻力 五体船 （ｅ ｔ ａ ｎ 。三 体船主 要从 片体之 前。海船对破损稳性的要求越高 ，则水线 面积 变化 隋况要 比在 中部阻力情况好。 Ｐｎ ｍ ｒ ） ａ ａ （）吃水对有 效马力 的影响。 ２ 间 的有 利兴波 干扰来 寻找一 种有效 的消 波船 就越大 ，因此船舶的侧体就越长 。侧体的长度 型 。侧体主要 的作用是提 高稳性和耐波性 ［ 占到主船体的 １ １ 。 三体船与排水量相当的常规单体船相 比，船长 ４ ％才能达 到 ０ 较短 ，船宽大 ，甲板面积大 １ － 倍。三体船 英国国防部的 ．２ ５ 的最大特点是消波性能好 ， 这一优点不仅改善 要求。主船体 快速性 ，提高运输效率 ，而且 明显减少波浪对 长宽比上限为 河岸的冲刷 以及增加了航道 中船 只和人员的安 １ ．～ ５２ ３５ ｌ．，而 全性 ；在 高航速下具有 良好 的功率特性 、良好 单 体 船 仅 为 ． ～ ． 的耐波性 ；三体船具有宽敞的甲板面积和 良好 ５ １ ８ ３ 。 试 验 是 在 的安全性 ，由于船宽较大 ， 复原力矩大 ，稳性 好 ，储备浮力大破舱后不会出现 翻船 、沉船危 我校原来的拖 ｏ １ ｏ ２ ｏ ３ ｏ ４ ｏ ５ ｏ ６ 险 ，抗沉性好 ，防导弹和鱼雷攻击的生存能力 曳 水 池 中 进 强 ；较好 的舒适性和灵活的操纵性 ；良好的经 行。因试 验水 傅汝 德 数Ｆ ｒ 济性 。是一种很有发 展前途的新船型 ｌ 卅。可 池的最高车速 图 １ 侧 体 吃 水 间距 相 同前后 位 置不 同时 ｃ 随 ｎ 变化 曲线 ｒ 见 ，三体船不仅在军用上 ，而且在 民用上也有 为 ２ ／。 进 ｍｓ 在速 度小 于 ０８ ／ ，吃水影 响并 不明 ．ｍｓ时 发展潜力 。可以作为近海巡视船 、缉私船 、 供 行 系列 船模 阻力 拖曳 试验 的傅汝 德数 在 Ｆ ＝ ．～ ． 显 ；在速 度大 于 ０８ ／ ，吃水 减少 ，有效 ．ｍｓ时 应船 、旅客船等 。英国国际电气通信公司的三 ０２ ０６范 围进 行 。 Ｖ 马力有一定下降 ，即三个片体做的大一些而吃 体船 “ 冒险 ”号 （ 总吨 ｝ 量 ：４ ／６；船 水 ５３ ｔ Ｖ￣＝ ｍ／ Ｆ — ＝ ＝Ｏ ６ ２ ｓ ． 水小一些 ，将能够适 当减少有效马力 。 长 ：３ ．ｍ；宽 ： １．５ ４９ ３９ ｍ；吃 水 ： １ ｍ；航 速 ： ． ５ Ｖ ｇ Ｌ ＾２ （ ３ ）侧体距 主体不 同宽度对有效马力 的影 １／２节 ，续航力 ４ ０ ６２ ０ ０海里） ，可以在浪高 ３ ｍ Ｌ － １ １ ３ ８ ｍ ３ ７ ７ 响。 的海况下 ，保 持 １ 航速 ，７ ８节 ６天环 球一 圈 所以主船 体长度 １ ｍ，宽度 ０ ８ｍ，长 ． ２ ．６ ０ 体 现出 良好的适航性和续航力 。英 国计 划 在吃水相同，侧体间距不同的情况 。间距 ４，吃水取 船宽 １２左右 ，取 ００ ｍ； 不是变大或是减小 就可 以减少阻力 ，而是在出 ／ ．４ 建 造 ５０ｔ ８ ０ 护卫 舰 ，并建 成 了 １０ ｔ 验 船 宽 比为 １ ２０试 ［ ５ １ ． ｍ，宽度 ０ ３ｍ，长宽 比为 １ ； 现某一间距为分界点 ，当在这一 间距上增大或 ．４ ０ ２ 相信在不远的将来 ，三体船将会 出现在我 侧体 长度 ０４ ０ １ ％ 减小 时 ，阻力都会降低 。当侧体位 于中部时 ， 国近海和内河航线上。三体船 的侧体与中间主 按照侧体排水 量 占主船体排水 量的 １ ％一 ５ 取侧体吃水为 ０ ３ 。 ． ｍ ０ 宽 度 对 有效 马力 影 响较 大 ，在 高 速 （ 大于 体之间 的前后位 置和横向距 中间距对其稳 性 、 计算 ， 试验 以变换船模 中主体和侧体的位置来进 ９３ ／）和低 速 （ ． ｓ ｍ 小于 ５３ ／）时 ，对 应侧体 ．ｍ ｓ 耐波性及 阻力性 能影 响较大 ，我们通过试 验 ， 侧体 中横剖面相对于主船体的中横剖 面的 间距 为最宽 （５ｍ ２ ｃ ）时 ，有效 马力最小 ；当 探索当侧体与中体 的不同组合形式时 ，三体船 行 ， 种 （ 位于 中部 、位于 尾部） ，主 速度在 ５３ ９３ ／ 之间时 ，对应侧体间距为最 ．～ ．ｍ ｓ 的阻力变化规律 。从 试验数 据 中找 出最 佳组 纵向位置取 ２ 船体距侧体的 中心距离 位置取 ３ 种 （ 、２ 、 窄 （５ｍ １ ０ ５ 合。 １ ｃ ）时 ，有效马力 最小 。当侧体 位于 ２ ｃ ） 吃水变化 ３ （、５ ｃ ） 共做 １ 尾部时 ，未发现宽度变化对有效 马力有明显影 ５ｍ ， 次 ４ 、６ｍ ， ８ １模 型 试验 现代 三体船设计采用的基本形式 。水动力 种不同情况的试验。另外试做侧体 吃水 比主体 响 。 ｃ 、３ ｃ （ 由摩擦 阻力系数 、剩余 阻力系数 、总 ４ ） 学表明 ，高性能 的三体船应有较大的 中体和一 吃水浅 ２ ｍ的情况 ，即吃水在 ２ 、４ｍ 的 阻力系数曲线 图中可见。 对较小的侧体 。三体船由连接箱体相连。模型 情况。 ２结果分析 的设计 ，对于某一排水量 的单体船来说 ，决定 剩余 阻力曲线形成波峰和波谷 ，总阻力系 试验结果计算 ， 在满足傅汝德数相等 的条 数 曲线在很大程度上反映了剩余 阻力系数的变 船型的主要参数是长度 、宽度 和吃水 。对三体 船而言 ，还需增加参数 ，因为现在 由三个船体 件下 ，将其换算 到实船 。摩 擦阻力 系数 Ｃ 按 化规律 ，剩余阻力对有效马力 曲线 的形状影响 ９ ７Ｔ＂ Ｃ公式计算 ，采用二 因次方 法 ，算 较大。根据 图谱分析可知剩余阻力系数变化很 代替了一个船体 ，而且还要考虑它们的相对位 照 １５ Ｉ １ 置 ，共需要 ９ 个参数来 描述三个船体 ， ４个参 出剩余阻力系数。将剩余阻力系数、摩擦 阻力 大 ，并且 是呈现波动波峰 、波谷 十分明显 。因 数来描述 它们 的相对位置。由于船舶是关于纵 系数 、总阻力系数随傅汝德数变化绘 成曲线 。 此剩余阻力 的变化对总阻力的影响也是十分明 ０ ｔ（ ６ 向中心线对称 的，描述船舶基本形状的参数可 按 排水量 ５ ０ 缩尺 比为 ３ ）换 算成实 船的 显 ，总阻力 系数的变化与剩余阻力系数的变化 下转 ２ ２ 】 ０页 以减少 到 ８个 ，即 主船体 的长度 、宽度 、吃 有效马力 ，并绘成 曲线 。通过比较得 出如下结 就十分相 似了。剩余阻力变化 （
三体舰的先驱 调查报告
三体舰的先驱调查报告三体舰是英国目前正在研制的新型舰,该型舰打破了传统舰型,具有极大的应用潜力。
英国海军早已抛出三体护卫舰的设想,并从去年开始设计建造了一艘名为“海神”号的试验舰。
在过去的一段时间,中外军事媒体对三体护卫舰方案及“海神”号的有关设计情况多多少少作了报道,如今,“海神”号已顺利下水,并将在7月开始进行海试,此时“海神”号的详细性和真实性就不言而喻了。
让我们共同对这位三体舰的先驱进行了解与评判。
巨大的诱惑英国国防部在90年代初期即开始研究军舰采用三体舰型所能带来的效益。
此项研究工作由国防鉴定研究署领导,国防工业部门、舰船学术机构及其它地方科研院所参与研究。
初步结果表明,三体舰型的军舰较之普通单体舰型军舰来说,在理论上有许多优点,主要归纳如下:①阻力最小。
三体舰的主舰体细长,水线面系数较小,因此兴波阻力与摩擦阻力都小。
②节省动力。
由于三体舰的阻力小,使舰体在比较高的航速时可节省功率约20%。
由于军舰的装机功率由最高航速决定,因此,安装的推进动力装置也就可以小一些,相应地节约了动力装置的采购费用。
③稳定性好。
根据三体舰破损稳定性要求,舷侧舰体长度约为主舰体长度的40%,这使得整舰稳定性较高,允许在桅杆上更高、更重地安装设备,增加了未来的改装发展潜力。
另外,三体舰型也使整舰的生命力得到提高。
④适航性好,可在更高的海况下保持较高的航速。
⑤增大空间。
三体舰可使上甲板面积增加40%,航空设施和武器系统有了更大的布置空间,直升机起降区甚至可设在运动最小的舰体中部区域。
⑥隐身性好。
三体舰上的机械设备设在上层建筑较高的部位,减少了水下辐射噪声。
动力装置产生的废气可排放在主舰体与舷侧舰体之间,减小了红外信号。
由于三体舰在理论上拥有以上众多优点,英国军方对这种军舰十分想往。
为验证三体军舰的实用性,英国国防部于1997年7月与沃斯帕·桑尼克罗夫特公司简称沃·桑公司签订了一项价值1300万英镑的合同,建造“海神”号三体试验舰,用于评估三体舰型在未来英海军战舰上的实用性,以后将作为通用试验舰继续使用。
三体风电运维船主侧体特征参数及阻力性能研究
文 献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
随着海上风电场的快速发展，风机的 日常维护 问题随之而来。运维船是海上风电场不可缺少的交通 工 具 ，其 性能 的好坏 直接影 响风机 的正 常和及 时维 护 。海 上风 电场大 多采 用小 型的单体 或双 体船 型 。小
型单体 船在风 浪较大 时不 能很好 适应运 维相 关要 求 。双 体船 型具有 较单体 船 型宽大 的 甲板面 积 ，稳性 也
对 于超 高速 三体 船 而 言 ，主 船体 均 为细 长体 ，侧 体排 水量 通 常仅 占总排 水量 的 ｌ ０ ％以下［ 】 。风 电 场 维 护 主要 包括 维 护 人员 交通 和 登 离风 电塔 基 等活 动 ，要 求运 维船 能够 在 较短 时 间 内快 速 并且 安全地 将 维 护人 员送 至 指 定 的风 电塔 基 并进 行相 关 的 维护作 业 。由于风 电场水 域 开 阔，恶 劣海 况相 对频 发 ，
得 到 了较大 的提高 ，但是 双体船 容 易出现扭 摇与 急摇 的情况 。三体 船型具 有较 单体船 及双 体船更加 优 异
的快速 性能 以及耐波 性能 ，且安全 性能 也得 到了一 定的提 高 ，所 以在风 电运维 方面越 来越 受到关 注 。
目前 ，对于 军事 上使用 的细 长 、超 高 速三体 船研 究较 多 ，且主 要涉及 以下几个方 面 【 Ｊ Ｊ ：（ １ ）三 体船
比的三体船方案进行阻力分析计算，并在此基础上进一步探索不同主侧体位置对阻力的影响，得到阻力性能最
优的三体船型和三体船的阻力估算图谱，从而为海上风电场三体运维船船型特征参数的选择及其阻力估算提供
一
条新的途径
关 键 词 ：风电维护；三体船；船型特征参数；Ｃ Ｆ Ｄ；阻力图谱
船舶阻力计算及三体船片体布局优化研究的开题报告
船舶阻力计算及三体船片体布局优化研究的开题报告一、研究背景及意义随着能源需求的增长和环境保护的要求，船舶能源效率和排放要求的变化越来越受到关注。
阻力是影响船舶能源效率的一个重要因素，因此船舶阻力计算和优化研究是船舶设计和运营的重要内容。
三体船片体是一种新型船型，具有良好的经济性和航行性能，因此对其阻力计算及布局优化研究具有重要的理论研究和应用价值。
二、研究内容和技术路线1.研究内容(1) 船舶阻力计算理论及方法研究，包括基于流体动力学理论的船舶阻力计算方法、测量方法、数值模拟方法等。
(2) 三体船片体结构设计及优化研究，包括三体船片体的几何结构参数、船体布局、推进系统等方面的优化设计。
(3) 研究不同参数对三体船片体阻力的影响，分析优化后的三体船片体的阻力特性。
(4) 基于数值模拟方法，分析不同海况下三体船片体的阻力特性及航行性能。
2.技术路线(1) 建立三体船片体阻力计算理论模型，开展相关理论研究。
(2) 基于CFD软件，对三体船片体进行数值模拟计算，分析不同参数对阻力的影响。
(3) 运用多目标遗传算法，进行三体船片体布局优化设计。
(4) 对优化后的三体船片体进行模型试验和实船试验，验证理论和数值模拟的准确性。
三、研究进度计划1.前期准备工作（2个月）(1) 文献调研，了解研究现状。
(2) 开展阻力计算理论相关研究，建立三体船片体阻力计算理论模型。
2.数值模拟计算及优化设计（6个月）(1) 对三体船片体进行网格划分，建立CFD模型，进行数值模拟计算。
(2) 进行布局优化设计，运用多目标遗传算法进行优化设计。
3.试验验证及数据处理（4个月）(1) 进行试验验证，包括模型试验和实船试验。
(2) 对试验数据进行处理和分析，验证理论和数值模拟的准确性。
4.撰写论文、发表文章（2个月）(1) 整理研究数据和结果，撰写论文。
(2) 发表相关学术论文，向学术界介绍研究结果。
四、预期研究成果(1) 建立三体船片体阻力计算理论模型，开展相关理论研究。
什么是三体船、三体船优缺点
什么是三体船、三体船优缺点三体船由来三体船是以军事应用为目的而发展的一种新船型，起步迄今不过20年。
与单体船相比，三体设计具有更快的航速、更低的燃料消耗、更好的适航稳定性和更出色的操纵性，战场生存能力更为出色。
三体船的平稳性比小水线面双体船型还要好得多，其宽大的甲板面积，更有利于舰载机的起降。
中间的主船体内可放置重要设备和弹药，两侧的副船体可以起到对主船体的保护作用，在遭到敌方水下武器攻击时可使中间的主船体免受损伤，大大提高了舰船的生存能力。
船体设计采用内倾斜边和雷达吸波材料，具有较小的雷达反射面积，船的外侧船体也有助于减弱推进器在水下发出的较大声响。
三体船详细介绍三体船主要由三个船体组成，其中间为主船体，尺度约占排水体积的90%，两侧并肩各有一个大小相同的辅助船体，其主要特点是中高速阻力性能优于单体船和双体船，适航性优于单体船，甲板面积宽敞，便于舱室布置；由于主船体和两侧辅体的屏蔽，全船具有隐身性和较高的生存能力。
其缺点是结构复杂，重量较大，设计难度大，操纵性稍差，建造、下水、锚泊和进坞比较困难。
也正是由于三体船具有很大的制造难度，目前各国一般在建造大中型舰艇时才考虑这一舰型。
除美国和英国外，目前日本也在考虑建造未来型三体战斗舰艇，在2007年日本防卫省军事研发机构公开展示的资料中，就出现了一种4000吨级的舰船设计。
资料显示它能够以高速或者低速航行，同时能利用雷达和材料增强其隐身能力。
其设计与LCS2十分相似。
三体船有三个瘦长的船体共享一个主甲板及上层结构，使用涡轮喷嘴发动机，通过向后喷水获取反作用力向前推进，比普通螺旋桨推动更快速，而在高速时，三体瘦长的船身能降低阻力。
而且船体稳度高，不易翻船（但若风浪过大，翻过90度后，因为没有单体船的静稳度扶正力矩，反而有灭顶之虞）尽管三体舰的“噱头”让濒海战斗舰成为世界海军界近年来最大的热点，但军事专家也指出，濒海战斗舰还存在一些深层次的问题：濒海战斗舰更多地只能担负相对单一的行动，很难一次性地完成近海海域的所有或多种作战任务。
三体船横摇模型试验及其特性分析
三体船横摇模型试验及其特性分析姚迪;卢晓平;王毅【摘要】三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨.开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期.通过横摇响应曲线的分析和对比.得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律.研究表明:三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船:侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小.综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)004【总页数】7页(P6-11,26)【关键词】三体船;船舶耐波性;横摇运动;模型试验;横摇阻尼【作者】姚迪;卢晓平;王毅【作者单位】大连船舶重工有限责任公司军事代表室,辽宁,大连,116001;海军工程大学,船舶与动力学院,湖北,武汉,430033;海军工程大学,船舶与动力学院,湖北,武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】U661.31三体船作为一种新型船舶，具有兴波阻力小、适航性、稳性和总体布置性好等诸多优点，是目前国内外研发的热点船型之一［1］。
2000年英国建造了98.7m长，1 100 t级的三体试验舰“海神”号后，美国军方长期派员参与“海神”号实船试验，并为此船提供一套综合试验仪器对三体船耐波特性进行精确测试。
2005年澳大利亚建造出了世界最大全铝质车—客—货运三体船，船长约127 m，500 t装载下航速可达40 k n，4 m有义波高下的试航速度达45 k n。
2008年由澳大利亚奥斯图公司承建的美国三体濒海战斗舰“独立”号（LCS－2）建造完毕［2］；2009 年 11 月中旬，“独立”号在墨西哥湾进行海试，海试中“独立”号全速航行时航速高达46 k n。
三体船阻力性能的模型系列试验研究
ｃ ｎ ｅ — ｕ ｌｄｉｐ ａ ｅ ｎ ａ ｉｓ ｅ ｔ ｒｈ ｌ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｒ ｔｏ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉｓ ｏ ｅ ｉ ｕ ｌｒ ｓｓａ ｃ Ｈ Ｖ Ｓ ａ ｄ ｔ ｅ Ｃ Ｂ． ｓ ｄ ｏ ｈｅｒ ｓ ｌｓ，ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ｆｒ ｓｄ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｃ Ｉ Ｅ ｎ ｈ Ｏ ｉ ｐ ｎ ｎ ｓ ｏ ｒｍａ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｏ ｅ ｔ ｆｔｉ ｒ ｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｒ ｎ ｌｚ ｄ．Ｏｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓｏ ｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎｓ ｕ ｅ ｆｉ ｆ ｎ ｅｆ ｒｔ ｅ ｃ ｎ ｉｕ ｈ ａ ｉ ｆｔ ｓ ｏ ａ ｏ ，ｒ ｌ ｓｏ ｎ ｕｅ ｃ ｈ ｏ ｆ － ｈ ｉ ｌ ｏ ｇ ｒ ｔｏ ａｉｎ￣ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ，ｉ ａ ｔｏ ｕ ｒｇ ｅ ｓ ｅ ｔ 卜ｈ ｌ ｄｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｒ ｔｏ ｎ Ｏ ｏ ｒ ｅ ｅ ｉ ｅ ａａ ｔｒ ｍｐ ｃ ｆ０ ｔｉｇ ｒ／ｃ ｎｅ ｕ ｌ ｉｐ ａ ｅ ｎ ａｉｓ ａ ｄ Ｓ ｎ ｗｅ ｅ ｄ ｔｒ ｎ ｄ．Ｔｈ ｓ ｅ ｈ ｍ ｅ ｅ ｓ ｔｔ ｅ ａ ｕ ｔｏ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｔ ｅｅ ｐ ｃｅ ｒ ｍ ｖ － ｋｎｇｂ ｔ ｅ ｈ ｕ ｌ．Ｆ ｏ ｔ ｉ ｈｅｒ ｓ ｈｉ ｏ ａ ｒ ｇ ｃ ｕ ｄ ｍｏ ｎ ｆｉ ｔｒｅ ｅ ｃ ｏ ｂ ｘ ｅ ｔ ｄ ｆｏ ｗａ ｅ ｍａ ｉ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｈ ｌｓ ｒ ｍ ｈｓ，ｔ ｅ ｕ ｎｇｔ ｔｌｄ ａ ｏ ｌ ｂ ｕｍｍａ ｚ ｄ．Ｏｐ ｉ ｍ ｌｅ ｎ ｔ ｅ ｒｃ ｎ ｇ ｒ ｔｏ ｎ ａ ｇ ｆｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｒ ｔ ｓｗｅ ｅ ｐ ｏ ｓ ｄ．Ｔｈ ｅ ｅｓ ｉ ｒ ｅ ｔｍｕ ａｔｒ ａｉ ｓ ｆ ｏ ｆ ｕ ａｉｎｓａ ｄ ａ ｒ ｎ ｅ ｏ ｉｐ ａ ｅ ｎ ａｉ ｒ ｒ ｐｏ ｅ ｖ ｏ ｉ ｏ ｅｒ・ ｓ ｈｓｏ ｈ ｓ ｒｓ ａ ｃ ｙ ｂ ｆｓ ｍｅ ｇ ｉ ａ ｅ ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｒｍａ ａ ． ｕ ｆｔ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｍａ ｅ ｏ ｏ ｄ ｎｃ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｔ ｕ ｉ ｒｎｓ
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析马天宇;崔健;杨松林【摘要】通过对三体船模的回转试验,测得不同转速和舵角下的回转直径,并得到回转过程中一系列横摇角变化曲线.在此基础上,建立船舶操纵和横摇运动模式系统辨识的数学模型,从系统辨识原理出发,确定目标函数.编写了一套基于Visual Basic 6.0的遗传算法系统辨识程序,该程序可通过限定约束条件对水面三体船模操纵和横摇的试验数据进行辨识.最后对结果进行分析,验证该方法的可行性.%In this paper, the author measured turning diameters with different rotation speed and different rudder angles,and got a series of rolling angle variation curve during the rotation process by carrying out trimaran model rotation test. On this basis, the author established maneuvering motion pattern and rolling motion pattern in the model system identification,and starting from the system identification theory,the author confirmed the target function. The author adapted a GA system identification program based on Visual Basic 6.0, which could identify the surface trimaran model maneuvering and tossing test data by limitting the restrained condition. At last,the method has been proved feasible after analysis of the results.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)011【总页数】5页(P23-26,36)【关键词】三体船;操纵性;横摇运动;船模试验;系统辨识【作者】马天宇;崔健;杨松林【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U661.33;U661.70 引言高速船操纵性在船舶的所有水动力性能中，是研究的最不成熟的，因此也是最值得研究的问题之一。
三体船阻力试验研究
的基 本 规 律 。
表 ３ 实验 方秉 计 ２ ｂ／ ｍ １／ ｍ
方寨１ １ 方案２ ｛ 方案３ ｊ
５ ４ Ｏ １ ５ ４ ０ ５ ４ ０ ｛
线 经 导 轮 与 阻 力 仪 连 接 。 下 端 连 接 拖 线 带 动 船 模 前 进 。 按 事 先 拟 定 的试 验 速 度
特点， 该 船 型 在 快 速 性 、耐 波 性 、总 布 置
以 及 隐 形 性 能 诸 方 面 较 高 速 单 体 船 和 双
ｍ ２『 ２ ｂ ７Ｉ ｌ ｋ１ ４ ５ ． ６ ｎ ｌ ７ ６Ｉ ２１
ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ／皖江 船检
体 船 阻 力试 验研 究
一 文 ／ 许 君 林
摘 要 ：介 绍 了高 速 排 水 型 三 体 船 模 型 静 水 阻 力 试 验 。 在 傅 汝 德 数 Ｏ ． ３ ～ Ｏ ． ８范 围 内进 行 了
系 列 试 验 。 基 于 三 体 船 船 模 系列 阻 力 试 验 结 果 ， 系 统 研 究 了侧 体 位 置 对 三 体 船 阻 力 的 影 响 。
５ ２ ５ ５ ２ ５ ５ ２ ５
方束４ ｊ
方案５ Ｉ
６ ４ ０ ｌ
６ ４ ０ ｆ
５ ２ ５
５ ２ ５
试 验设 计
具 体 试 验 时 三 体 船 船 模 的 布 局 如 图
１所 示 。
方赛 ６ ｆ
方寨７ ｌ
方寨８
６ ４ ０
加， 故 有 效 载 荷 将 减 少 。 由 于 其 船 型 构 造
三体船粘压阻力研究的开题报告
三体船粘压阻力研究的开题报告
一、选题背景
研究船舶阻力是船舶设计和造船行业中非常重要的一项工作。
粘性
阻力是船舶主要的阻力之一，也是对于船舶性能的评价非常重要的指标。
而三体船采用了独特的外形设计，具有很好的水动力性能，因此对于三
体船的粘性阻力研究非常有意义。
二、研究目的
本研究旨在探究三体船粘性阻力的特点、规律及影响因素，为三体
船的船型设计提供理论依据和实践指导。
三、研究内容
1.对三体船结构和流场进行模拟分析，探究三体船粘性阻力的基本
特点和规律。
2.通过实验方法，考察三体船水动力特性，研究船体在不同流速和
流向下的粘性阻力变化情况。
3.对比分析三体船与传统船型的粘性阻力差异，找到三体船优化船
型的优势，提高船舶性能。
四、研究方法
本研究采用计算流体力学（CFD）技术和水池试验相结合的方法，
以三体船为研究对象，通过数值模拟和实验测量，获取三体船在不同水
流条件下的流场数据和阻力数据，并对其进行分析比较，得出三体船船
型设计优化的结论。
五、研究意义
本研究将为三体船的设计和优化提供理论支持和实践指导，为提高三体船的水动力性能、降低航行能耗和提高安全稳定性等方面提供科学依据。
六、预期成果
通过本研究，预期得到三体船粘性阻力特性的详细研究结果、三体船船型设计的优化结论和建议，以及对三体船的航行性能和安全性能进行全面评估的调查报告。
带T型翼三体船的阻力及耐波性能研究
从军、民用两个角度来看，现代船舶都在向快速化，灵活化，稳性良好的方向发展。 在这个过程中，三体船由于其出色的水动力性能越来越得到认可。
１．１．３三体船的水动力特点及发展过程
１．１．３．１三体船的水动力特点
现代化的三体船型最早在英国进行了广泛研究［４１。现代高速三体船由一个瘦长中体 和两个排水量很小的侧体组成，中体相对常规单体船更加细长，长宽比（Ｉ／Ｂ）一般在 １３～１８的范围内；两个侧体的排水量较小，通常占船体总排水量的１５％以下，侧体长 宽比（ｔＪＢ）一般大于２０。三体船的水动力性能主要由中体决定，两个侧体则主要起着 提高稳性和耐波性的作用［５１。三体船和常规单体船相比，具有很多明显的优点： Ｉ）三体船具有优秀的阻力性能。三体船是由三个瘦长片体组成，所以在高速情况 下相比常规单体船，兴波阻力性能更优秀。在中低速情况下，三体船也具有比较优秀的
ａｂｏｖｅ．Ａｎｄ
ｓｏｍｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｃｈ
ａｓ
ｈｅａｖｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｐｉｔｃｈ ａｎｇｅｌ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｔ
ｓｔｅｍ，ａｍｉｄｓｈｉｐ，ｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｄｒａｇ Ｗａｓ ｆｉｔｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｇｏｏｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｆｏｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ｌｅｖｅｌ ｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔ ｓｅａｋｅｅｐｉｎｇ ｏｆ
三体船和五体船的阻力与流场计算及比较
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆｍｅ ｍｕｌｔｉ—ｈｕｌｌ ｓｌｌｉＤ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒｉｍａｒａｎ；ｐｅｎｔａｍａｒａｎ：ｎｕＩｎｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｈｉｐ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＦＬＵＥＮＴ
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。
本文主要是利用商业ｃＦＤ软件ＦＬＵＥＮＴ来数值模拟三体船和五体船的 粘性流场和计算其阻力，并与船模试验比较，验证ＦＬＵＥＮＴ在多体船流场模 拟和阻力计算等数值研究中的可行性与可靠性；同时，对五体船阻力受侧体 位置变化的影响情况也进行初步研究。目的是为三体船和五体船的水动力性 能研究、船型优化设计和改进提供参考，也为在船舶性能研究中运用ｃＦＤ技 术，提供一种新思路、新方法和新手段。这对于粘性流场中计算流体动力学 的应用和研究具有重要的实际意义。
我国海域辽阔、海岸线绵长、海洋资源丰富，对海上领土的保卫和海洋 资源的开发利用不可避免地影响着我国的国家主权、国民生存和社会经济可 持续发展。而船舶则是海防和海洋开发的重要工具和平台，如何提高船舶在 各种海况下的作战和工作能力是广大造船工程师们的主要任务。船舶的水动 力是船舶性能研究和船型优化设计的重要内容之一。对于多体船而言，三体 船中体与两侧体，五体船的中体与前、后两对侧体间存在着复杂的兴波干扰。 而且三体船与五体船各片体的线型、主体与侧体的位置等与其阻力大小密切 相关，这些都是三体船和五体船水动力研究的主要内容，对三体船和五体船 的设计应用具有重大的实际指导意义。以往采用模型试验研究，虽然可靠，
三体滑行艇阻力试验研究
关键词 ： 三体滑行艇 ； 片体 ； 高速 ； 阻力 ； 模型试验
中 图分 类 号 ： ６ １２ 文 献标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０６７４ （ １ ０ ￣８ ８０ Ｕ ６ ．２ Ａ １０ －０ ３ ２ １ ）７ ５ — ４
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｓｕ ｙ ｏ ｉ ｈ－ｐｅ ｄ ｔ ｉ ａ ａ － ｌ ｎ ｎ ｏ ｔ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ａ ｈ ｇ － ｅ ｒ ｍ ｒ ｎ－ ａ ｉ ｇ ｂ ａ ｓ ｐ
三 体 滑 行 艇 阻 力 试 验 研 究
孙华伟 ， 邹劲 ， 黄德 波 ， 邓锐
（ 尔滨 工 程 大 学 多体 船 技 术 国 防重 点 学 科 实验 室 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １００ ） ５０ １ 摘 要 ： 了验 证 三 体 滑 行 艇 超 高 速航 行 能力 ， 究 其 阻 力 特 征 和船 型 特点 ， 过 船 模 试 验 测 量 了 不 同 排水 量 、 心 位 置 为 研 通 重
下的阻力 、 纵倾 角和升沉 ， 研究 了压浪条对阻力与航态的影响． 试验结果表明 ： 三体滑行艇 ２个辅助片体的存在加大 了高
速航行 时气动升力 的影 响， 改善了其水 动力性能 ， 具有优异的纵向稳定性 和极小 的兴波与喷溅 ， Ｆ ＞ 在 ｒ ８条件下仍能稳
定航行 ， 行过程中出现 ２次 明显 的阻力峰和航态变化 ， ２次航 态变化幅度小 于第 １次 ， 航 第 压浪条对 高速航行 时的航态 有一定 的改善作用．
第 ３ 卷 第 ７期 ２
２１ ０ １年 ７月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖｏ ． ２ № ． １３ ７
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＨａｂｎＥｎ ｉｅ ｒ ｇＵ ｉｅｓｔ ｏ ｒａ ｒ ｉ ｇｎ ｅ ｎ ｎｖ ｒｉ ｏ ｉ ｙ
三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究
第42卷第1期2021年1月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.42ɴ.1Jan.2021三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究李昂1,李云波2(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;2.上海海事大学海洋科学工程学院,上海201306)摘㊀要:为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征㊂研究结果表明,数值计算结果与试验结果吻合较好,三体船在高航速时纵向运动响应剧烈,重叠网格数方法更适合模拟三体船高航速纵向运动㊂三体船在高航速时运动及增阻的非线性更加明显,波陡变化带来的非线性影响在长波波浪条件下更加明显㊂关键词:三体船;高航速;波浪增阻;纵向运动;波陡;非线性;重叠网格;数值模拟DOI :10.11990/jheu.201907010网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20201210.1627.005.html 中图分类号:U661.31㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2021)01-034-08Numerical simulation and experimental research on addedresistance and longitudinal motions of a trimaranLI Ang 1,LI Yunbo 2(1.College of Shipbuilding Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.College of Ocean Science and En-gineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)Abstract :To examine the effect of the trimaran speed and wave parameters with different steepness on the added resistance and motion responses in waves,first,numerical simulations were performed to predict the resistance of a trimaran in calm water.Second,numerical simulations were performed to predict the total resistance and longitudi-nal motion responses of a trimaran in waves,and then the added resistance was calculated.The numerical results were verified by the available experimental data.Finally,the nonlinear characteristics of added resistance and longitudinal motions varying with wave steepness were investigated in short and long waves at different speeds.The results show that the numerical results have a reasonable agreement with the experimental data and the longitudinal motion responses of a trimaran are intense at high speeds.The nonlinearity of motion and added resistance in waves are more obvious at high speeds,and the nonlinear influence of wave steepness is more obvious under a long-wave condition.Keywords :trimaran;high speed of a ship;added resistance in waves;longitudinal motion;wave steepness;non-linearity;overset mesh;numerical simulation收稿日期:2019-07-02.网络出版日期:2020-12-11.基金项目:国家自然科学基金项目(51979157);上海市自然科学基金项目(19ZR1422500).作者简介:李昂,男,博士研究生;李云波,女,教授,博士生导师.通信作者:李云波,E-mail:yunboz@.㊀㊀三体船在合理的主片体布局下,相比于单体船和双体船,在中高航速下具有良好的阻力性能㊂而在耐波性方面,由于2个侧片体的存在,三体船也具有优良的稳定性以及耐波性能,成为极具应用前景的新船型㊂海上航行的船舶通常会遭遇波浪,船舶在波浪中的增阻会导致主机功率的增加㊂如何精确地预报船舶在波浪中的增阻非常重要㊂在过去的几十年里,波浪增阻以及船舶运动问题已经通过模型试验以及数值计算方法进行了广泛的研究㊂模型试验方法包括对60系列[1]和S175集装箱船[2]㊁Wigley 船型[3]以及KVLCC2船型[4]的波浪增阻问题的研究㊂对于三体船型波浪增阻的试验研究相对较少㊂基于势流理论方法研究波浪增阻问题可以主要分为远场方法[5]㊁近场方法[6]以及Rankine 源法[7]㊂随着计算机技术的迅速发展,CFD 技术在预报船舶波浪增阻以及运动方面得到广泛的应用,基于粘流理论的CFD 数值计算方法考虑了粘性效第1期李昂,等:三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究应,能够计算船舶的大幅运动㊂国内外研究学者对单体船型进行了大量的CFD 计算研究[8-11],分析了航速㊁波浪周期㊁波幅等参数对波浪增阻及运动的影响㊂吴乘胜等[12]对高速三体船波浪中运动与增阻进行了数值计算研究,分析了侧片体对主船体阻力增加的影响㊂陈悦等[13]对高速三体船在规则波中的波浪增阻及纵向运动进行了数值仿真研究,并通过与模型试验结果进行对比验证其方法的有效性㊂国内外对于航速㊁波陡等参数变化对三体船迎浪规则波中运动带来的非线性的影响研究较少㊂本文针对某三体船型在迎浪规则波中的波浪增阻以及纵向运动进行了数值计算和模型试验研究,分析了三体船不同航速下迎浪规则波中波浪增阻和纵向运动响应特性㊂采用重叠网格和运动域网格方法分别对不同航速下三体船波浪增阻及纵向运动响应进行了数值计算,并通过与船模水池试验结果进行对比分析,探讨了不同网格划分方法对数值计算结果的影响㊂研究了不同波陡波浪参数对三体船波浪增阻及纵向运动的非线性影响㊂1㊀CFD 数值计算方法1.1㊀基本控制方程计算中整个流场属于三维㊁两相㊁黏性的不可压缩流体流动㊂对于湍流的模拟采用雷诺平均法,控制方程为:∂(ρ u i )∂x i=0(1)∂(ρ u i )∂t+∂∂x j (ρ u i u j +ρu i ᶄu jᶄ)=-∂p ∂x i +∂τij∂x j(2)τij =μ∂u i ∂x j +∂u j∂x i()(3)式中: u i 和 u j 是平均速度分量;u i ᶄu j ᶄ为雷诺应力;p 为平均流体压力;μ为流体动力黏度;ρ为流体密度;t 为时间㊂流体计算域使用有限体积法(FVM)进行离散,自由液面采用流体体积函数法(VOF)来捕捉自由液面的运动状态㊂湍流模型选取SST k -ω模型㊂本文中遭遇周期内选取256个时间步长㊂1.2㊀CFD 数值波浪水池为了模拟三体船周围流场,考虑到计算效率以及计算精度,本文建立了图1所示的长方体计算域㊂具体计算域的参数设置为:船前1倍船长,船艉3倍船长,船侧1.5倍船长,自由液面以上1倍船长,自由液面以下2倍船长㊂整个流体计算域关于三体船中体中纵剖面对称,将三体船中体中纵剖面所在平面取为对称平面,侧边边界条件也设置为对称平面㊂入口㊁顶部以及底部边界条件设置为速度进口,出口边界条件设置为压力出口㊂为了避免波浪传播到计算域尾端产生回流而影响整个流场的分布,对波浪进行消波处理,消波区的长度设置为1倍船长㊂图1㊀计算域及边界Fig.1㊀Computational domain and boundaries1.3㊀数值计算网格模型网格划分对于模拟细节流场的计算精度以及迭代的收敛性具有较大影响㊂本文使用重叠网格方法和运动域网格方法对三体船不同航速下静水中阻力及迎浪规则波中纵向运动进行了数值计算㊂重叠网格是将物体各运动单元单独划分网格,再嵌入到另一套网格当中,各个子域网格存在重叠㊁嵌套或覆盖关系,流场信息通过插值的手段在重叠区域边界进行交换和匹配㊂在运动域网格方法中,整个流体计算域被处理为一个运动的整体㊂图2为船舶运动过程中,重叠网格以及运动域网格示意图㊂可以发现,三体船航速较高时,纵向运动响应幅值较大导致自由液面网格变形,导致数值计算精度下降㊂图2㊀重叠网格及运动域网格示意Fig.2㊀Overset mesh and motion region mesh scene㊃53㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷重叠网格重叠域的尺寸设置为:船前0.15倍船长,船侧㊁船后及水线以上和水线以下分别为0.2倍船长㊂为了能够精确捕捉自由液面,在自由液面处进行了网格加密㊂对于不同波长下三体船波浪增阻及运动的数值计算,计算域的网格划分也有所不同㊂对于较短波长,对自由液面以及船体周围进行网格加密㊂图3和图4所示是当傅汝德数Fr 为0.353时,波长船长比λ/L =0.50和λ/L =1.60时自由面的网格示意图㊂在整个波长范围内的数值计算当中,保证单位波长下70~100个网格,单位波高下14~20个网格㊂图3㊀自由面网格划分示意图Fig.3㊀Mesh scene for the free surface2㊀船模水池试验2.1㊀三体船模型参数三体船模型的主尺度参数如表1所示㊂其模型示意图如图4所示㊂表1㊀三体船模型主尺度参数Table 1㊀Principle dimension of trimaran参数设计水线长/m 型宽/m 设计吃水/m 总排水量/kg 中体 3.00.240.122侧体1.0710.0510.04345.99图4㊀三体船模型示意Fig.4㊀Geometry scene for trimaran2.2㊀波浪参数及船模试验工况三体船船模水池试验在哈尔滨工程大学拖曳水池中进行㊂本文对三体船静水阻力以及在迎浪规则波中航行总阻力以及纵向运动响应进行了数值计算及模型试验,三体船傅汝德数(Fr =v /gL )为0.353和0.628,在波长船长比(λ/L )从0.50~2.25取10个波长㊂不同傅汝德数船模水池试验使用的波浪参数见表2和表3,为了准确与船模水池试验结果进行对比研究,本文中数值计算使用的波浪参数与船模水池试验完全相同㊂表2㊀波浪参数(Fr =0.628)Table 2㊀Wave parameters (Fr =0.628)序号波长船长比λ/L波长/m 波幅/mm C 1静水 C 100.50 1.5015C 110.75 2.2522.5C 120.88 2.6425C 13 1.00 3.0030C 14 1.25 3.7530C 15 1.38 4.1430C 16 1.60 4.8040C 17 1.75 5.2540C 18 2.00 6.0050C 19 2.256.7550表3㊀波浪参数(Fr =0.353)Table 3㊀Wave parameters (Fr =0.353)序号波长船长比λ/L波长/m 波幅/mm C 2静水 C 200.50 1.5015C 210.61 1.8322.5C 220.75 2.2522.5C 230.88 2.6425C 24 1.09 3.2730C 25 1.25 3.7530C 26 1.38 4.1430C 27 1.60 4.8040C 28 1.80 5.4040C 29 2.256.7550㊃63㊃第1期李昂,等:三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究3㊀数值计算和船模试验结果分析3.1㊀三体船静水阻力为了研究不同网格划分方法对三体船迎浪规则波中波浪增阻及纵向运动响应的影响,本文首先使用重叠网格方法和运动域网格方法对三体船静水阻力进行了数值计算,得到三体船不同航速下法静水阻力计算结果㊂静水阻力数值计算结果同模型试验结果对比见表4和表5㊂表4㊀三体船静水阻力(Fr =0.628)Table 4㊀Resistance of trimaran in calm water (Fr =0.628)计算结果EFD 重叠网格方法CFD 运动域网格方法CFD Fr 0.6280.6280.628网格数 1.60ˑ106 1.25ˑ106阻力/N36.8436.5036.31Error =CFD -EFDEFD/%0.921.44表5㊀三体船静水阻力(Fr =0.353)Table 5㊀Resistance of trimaran in calm water (Fr =0.353)计算结果EFD 重叠网格方法CFD 运动域网格方法CFD Fr 0.3530.3530.353网格数 1.48ˑ106 1.10ˑ106阻力/N14.6614.4514.36Error =CFD-EFDEFD/%1.432.05㊀㊀表4所示是使用重叠网格方法和运动域网格方法得到的三体船傅汝德数0.628航速下静水阻力数值计算结果和模型试验结果㊂表5所示的是使用重叠网格方法和运动域网格方法数值计算得到的三体船傅汝德数0.353航速下静水阻力结果和模型试验结果㊂有研究表明,船体表面边界第1层网格的无量纲厚度y +值取100可取得较为理想的计算结果[14]㊂图5所示的是本文研究中三体船船体表面边界第1层网格的无量纲厚度y +沿主㊁侧体的分布图㊂整个三体船船体表面边界第1层网格的无量纲厚度y +值在60~140㊂图5㊀船体表面y +分布Fig.5㊀y +distribution on the hull surface经过分析比较不同傅汝德数下三体船静水阻力数值计算结果与试验结果,重叠网格以及运动域网格方法都可以较为准确地计算三体船不同傅汝德数下的静水阻力㊂使用重叠网格方法得到的三体船静水阻力计算结果在不同傅汝德数相比于运动域网格方法与模型试验结果误差更小㊂3.2㊀数值造波及三体船波浪增阻与纵向运动为了得到三体船的波浪增阻及纵向运动响应,并探讨不同网格划分方法对数值计算结果的影响㊂本文使用重叠网格方法和运动域网格方法数值计算了三体船在不同航速下迎浪规则波中的运动响应以及总阻力㊂通过计算不同波浪参数条件下三体船的总阻力与静水阻力的差值,得到三体船在迎浪规则波中运动时的波浪增阻㊂为了验证数值计算域中所造波浪的精度,在三体船船前0.5倍水线长处设置波高监测点[15],图6所示的是波长船长比λ/L =1.38时,波高监测点数值计算得到的波浪幅值时历曲线㊂经过傅里叶级数表达得到的一阶波浪幅值为0.0284m,与理论波幅的误差为5.33%㊂图6㊀波高检测点波幅时历曲线Fig.6㊀Time history of wave elevation at the wave probe使用重叠网格方法以及运动域网格方法数值计算得到的三体船不同航速下升沉㊁纵摇运动响应曲线以及波浪增阻计算结果与模型试验结果如图7~图12所示㊂图7㊀较低航速三体船升沉运动响应曲线(Fr =0.353)Fig.7㊀Heave motion of the trimaran with lower speed(Fr =0.353)㊃73㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷图8㊀较低航速三体船纵摇运动响应曲线(Fr =0.353)Fig.8㊀Pitch motion of the trimaran with lower speed(Fr =0.353)图9㊀较低航速三体船波浪增阻曲线(Fr =0.353)Fig.9㊀Added resistance of the trimaran with lower speed(Fr =0.353)图10㊀高速三体船升沉运动响应曲线(Fr =0.628)Fig.10㊀Heave motion of the high-speed trimaran (Fr =0.628)图11㊀高速三体船纵摇运动响应曲线(Fr =0.628)Fig.11㊀Pitch motion of the high-speed trimaran (Fr =0.628)图12㊀高速三体船波浪增阻曲线(Fr =0.628)Fig.12㊀Added resistance of the high-speed trimaran (Fr =0.628)㊀㊀图7~12分别表示三体船在迎浪规则波中数值计算和模型试验的升沉㊁纵摇运动响应以及波浪增阻曲线㊂三体船迎浪规则波中升沉㊁纵摇运动响应的无因次化公式表示为:TF 3=Z a ζa(4)TF 5=φa kζa(5)式中:Z a 表示升沉运动响应幅值;φa 表示纵摇运动响应幅值;ζa 表示规则波波幅;k 表示波数㊂通过三体船在迎浪规则波中的总阻力减去三体船在静水中的阻力,得到三体船在波浪中的增阻㊂波浪增阻的计算公式及其无因次化公式为:R aw =R aw -R calm (6)C aw =R awρgζ2a B 2/L pp(7)式中:R aw 表示三体船在波浪中的总阻力的平均值;R calm 表示三体船在静水中的总阻力;C aw 为波浪增阻系数;ρ表示水密度;g 表示重力加速度;B 表示三体船型宽;L pp 表示三体船水线长㊂图7~9表示的是傅汝德数为0.353时迎浪规则波中升沉㊁纵摇运动响应及波浪增阻㊂数值计算结果与船模试验结果对比可见,使用重叠网格方法与运动域网格方法得到的三体船升沉㊁纵摇运动响应以及波浪增阻与船模水池试验结果有相同的变化趋势;使用运动域网格计算方法并没有捕捉到在波长船长比λ/L =0.61附近出现的小峰值点;使用运动域网格计算方法得到的纵向运动响应幅值以及波浪增阻相比于重叠网格计算方法得到的纵向运动响应幅值及波浪增阻较小,重叠网格方法数值计算结果误差更小㊂图10~12是傅汝德数为0.628时迎浪规则波中的升沉㊁纵摇运动响应及波浪增阻㊂由数值计算结果与船模试验结果对比可见,使用重叠网格方法㊃83㊃第1期李昂,等:三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究与运动域网格方法数值计算得到的三体船升沉㊁纵摇运动响应以及波浪增阻与船模水池试验结果有着相同的变化趋势,在运动幅值出现的波长船长比(λ/L =1.60)附近的共振区内,由于三体船纵向运动响应幅值较大,运动域网格计算方法中自由面网格的变形较大,数值计算误差相对较大㊂得到的升沉㊁纵摇运动响应幅值相比于重叠网格计算方法较小,使用重叠网格计算方法得到的数值计算结果误差更小㊂从三体船波浪增阻曲线来看,在整个波长范围内,使用运动域网格计算方法得到的波浪增阻误差较大㊂综上,重叠网格方法更适于计算高航速三体船纵向运动响应及波浪增阻㊂因此,后续探讨波陡对三体船波浪增阻及纵向运动的影响时,均采用重叠网格计算方法㊂3.3㊀波陡对三体船波浪增阻及纵向运动的影响本文对λ/L =0.50和λ/L =1.60波长㊁傅汝德数0.353和0.628,研究了三体船波浪增阻和纵向运动与波陡(H /λ)的关系,具体波浪参数见表6和表7㊂数值计算得到的不同航速㊁不同波长下三体船波浪增阻及纵向运动响应曲线以及波陡对三体船波浪增阻及纵向运动影响见图13~18㊂表6㊀波浪参数(λ/L =0.50)Table 6㊀Wave parameters (λ/L =0.50)航速/Fr 波长船长比λ/L波高/m波陡ζa /m 0.3530.6280.500.03001/500.03751/400.05001/300.06001/25表7㊀波浪参数(λ/L =1.60)Table 7㊀Wave parameters (λ/L =1.60)航速/Fr 波长船长比λ/L波高/m 波陡ζa /m 0.3530.6281.600.0401/1200.0481/1000.0601/800.0801/600.0901/53.3图13㊀小波长不同波陡升沉运动响应曲线Fig.13㊀Heave motion of the trmaran in varying wavesteepness with small wavelength (λ/L =0.50)图14㊀小波长不同波陡三体船纵摇运动Fig.14㊀Pitch motion of the trimaran in varying wavesteepness with smallwavelength图15㊀小波长不同波陡三体船波浪增阻曲线Fig.15㊀Added resistance of the trimaran in varying wavesteepness with smallwavelength图16㊀大波长不同波陡升沉运动响应曲线Fig.16㊀Curves of heave motion response with varyingwave steepness in large wavelength㊀㊀图13~15表示的是傅汝德数为0.353和0.628下短波λ/L =0.50中三体船升沉㊁纵摇运动响应以及波浪增阻随波陡变化的数值计算结果㊂由图13可得,三体船在较低航速升沉运动响应随波陡的增加变化不大,较高航速升沉运动响应结果随波陡的增加而增加,表现出高航速下的非线性;图14表示在不同航速下,三体船纵摇运动响应随波陡增加的变化不大,有减小的趋势㊂高航速三体船在短波λ/L =0.50中波陡变化并没有对纵摇运动产生强烈的非线性影响;由图15可见,高航速时,三体船的波㊃93㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷浪增阻系数较大,随着波陡的增加,波浪增阻系数在不同航速下都有减小的趋势,表现出明显的非线性特征㊂图17㊀大波长不同波陡纵摇运动响应曲线Fig.17㊀Curves of pitch motion response with varying wavesteepness in largewavelength图18㊀大波长不同波陡波浪增阻曲线Fig.18㊀Curves of added resistance with varying wavesteepness in large wavelength图16~18表示的是傅汝德数为0.353和0.628航速下得到的在长波λ/L =1.60中三体船升沉㊁纵摇运动响应以及波浪增阻随波陡变化的数值计算结果㊂图16表示三体船在较低航速,升沉运动响应随波陡的增加有减小的趋势,相比于短波λ/L =0.50非线性增强,对于较高航速,升沉运动响应结果随波陡的增加而增加,表现出高航速下的非线性,并相对于短波λ/L =0.50非线性更加明显;图17表示三体船在较低航速,纵摇运动响应结果随波陡的增加有减小的趋势,同短波λ/L =0.50类似,非线性特征并不明显;对于较高航速时,纵摇运动响应随着波陡的增加有明显的减小,表现出强烈的非线性特征;图18表示高航速时,三体船的波浪增阻系数较大,随着波陡的增加,波浪增阻系数在不同航速下均有减小的趋势,表现出较强的非线性,相比于短波λ/L =0.50,非线性特征更加明显㊂4㊀结论1)重叠网格数值计算方法更适用于计算三体船高航速时迎浪规则波中的增阻及运动;2)三体船在高航速时波浪增阻及纵向运动的非线性特征明显;3)波陡变化带来的非线性影响在长波波浪条件下更加明显㊂参考文献:[1]STORM-TEJSEN J,YEH H Y H,MORAN D D.Addedresistance in waves [J].Soc nav archit mar eng trans,1973,81:250-279.[2]FUJII H,TAKAHASHI T.Experimental study on the re-sistance increase of a ship in regular oblique waves[C]//Proceedings of 14th International Towing Tank Conference.Ottawa,1975:4.[3]JOURNEE J M J.Experiments and calculations on fourWigley hull forms[R].Delft:Delft University of Technolo-gy,1992.[4]SADAT-HOSSEINI H,WU Pingchen,CARRICA P M,etal.CFD verification and validation of added resistance and motions of KVLCC2with fixed and free surge in short and long head waves[J].Ocean engineering,2013,59:240-273.[5]GERRITSMA J,BEUKELMAN W.Analysis of the resist-ance increase in waves of a fast cargo ship[J].Internation-al shipbuilding progress,1972,19(217):285-293.[6]FALTINSEN O M,MINSAAS K,LIAPIS N,et al.Predic-tion of resistance and propulsion of a ship in a seaway 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Chengsheng,ZHOU Decai,LAN Bo,et al.CFD computation of ship motions and added resistance for a high speed trimaran in regular heading waves[J].Ship-building of China,2010,51(4):1-10. 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2 School of Naval Architecture Engineering, Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China Abstract: The resistance and motion characteristics of trimaran hull form have been studied by experi-
模型编号 b /m a/ m -1.3 0.7 1 -1.0 0.7 2 -0.7 0.7 3 0.0 0.7 4 1.0 0.7 5
持不变, 即设定 b = 0.7 m, 只变换侧体的纵向位 置。 沿着主体的船长方向,由船尾至舯前共选取了
图 1 三体船模型横剖面示意图 Fig.1 The body plan of a model trimaran
y b Ls
角线型, 通过模型试验研究三体船侧体的不同纵 向位置对三体船阻力和运动性能的影响, 并依据 试验结果,提出“前三体船”的概念。
本文三体船模型的主体和侧体均选取方尾折
2 三体船模型试验
2.1 模型设计
的比例缩小后略加修改得到的。 主体与侧体之间 通过两个平行的木质横梁连接, 这样不仅能保证 图 1 所示,主要船型参数如表 1 所示。
线型的船体,两个侧体是在主船体的基础上按 4∶1
三体船模型的主船体选取的是一个方尾折角
o Lm a
x
三个片体之间的固定连接,又能方便侧体在横向、 纵向位置的移动。 三体船模型的横剖面示意图如 三体船的两个侧体相对于主体有许多不同的
2.2
图 2 三体船构型示意图 Fig.2 The sketch of trimaran configuration
1 大连海洋大学 海洋工程学院,辽宁 大连 116023 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 运载工程与力学学部 船舶工程学院,辽宁 大连 116024 2
摘 包括三体船在静水中的阻力试验和在规则波中的运动试验两部分。 实验结果表明,三体船侧体的纵向位置对三 力性能和运动性能。 基于此,提出前三体船的概念。 中图分类号:U661.31 要: 采用模型试验方法研究了三体船侧体的纵向位置变化对三体船阻力性能和运动性能的影响。 模型试验
试验方案设计
本文设计的模型试验是将侧体的横向位置保
摆放位置, 这些不同的摆放方式称之为三体船的 不同构型。 为便于描述主体与侧体之间的相互位 置关系,选取了一个直角坐标系。 坐标系原点 o 位
5 个不同的侧体纵向位置 , 并据此设计得到了 5 种不同的三体船构型,具体参数如表 2 所示。
表 2 三体船构型参数 Tab.2 The parameters of different trimaran configurations
mental method. The model experiment consists of two parts: the resistance experiment on calm water and the motion experiment in regular waves. According to the experimental data, it can be found that the longitudinal arrangement of the side -hulls plays an important role in trimaran resistance and motion cantly improved by placing the side-hulls before the mid-ship of the main hull. Based on the experimental results, a new ship type known as fore-body trimaran is presented. test Key words: semi-planing fore-body trimaran; resistance characteristics; motion characteristics; model characteristics. For high speed range, the trimaran resistance and motion performance could be signifi-
贾敬蓓 1
宗 智2
张文鹏 2
体船阻力和运动性能的影响显著;在高航速段,将侧体的纵向位置选取在主体舯前位置,能明显改善三体船的阻 关键词: 前三体船; 阻力性能; 运动性能; 模型试验 文献标志码:A 文章编号:1673 - 3185 ( 2011 ) 02 - 09 - 06
Fore-Body Trimaran and Experimental Study of Its Resistance and Motion Characteristics
主要参数 表示符号 Lm Bm Dm
m
第6卷
对圆舭细长船体的三体船模型进行
数值 0.358 0.170 0.129 1.899 0.530 0.085 0.004 5 0.201 0.524 0.100 1.00 4.00
行了阻力模型试验。 Se 等[7]对主体采用半滑行艇 线型的三体船进行了阻力模型试验。 何木龙等[8] 应用均匀设计法进行了三体船模型试验, 并根据 试验结果系统地分析了三体船的兴波干扰特性及 其阻力性能。 郦云等[9]对主体和侧体均为 Wigley 丰等
宗 智(1964 - ) ,男,教授,博士生导师。 研究方向:船舶与海洋工程。 E-mail:zongzhichina@163. com
称性、排水量及攻角等对三体船阻力特性的影响。 了阻力和运动模型试验。 顾敏童等[5]对高速小水 李培勇等
[3-4]
10
中
国
舰
船
研
究 表 1 三体船模型的主要船型参数 Tab.1 Main particulars of a trimaran model
自 20 世纪 70 年代起, 三体船逐渐受到世界 各国研究人员的关注 [1], 有关三体船阻力和运动
收稿日期: 2010 - 04 - 12
基金项目: 创新研究群体科学基金: 海洋环境灾害与结构安全防护(50921001); 国家重点基础研究发展计划项目:复杂装 作者简介: 贾敬蓓(1984 - ) ,女,博士,讲师。 研究方向:船舶水动力学。 E-mail:jiajingbei_1221@163. com 备研发数字化工具中的计算力学和多场耦合若干前沿问题(2010CB83270)
第6卷 第2期 第 2011 2 期年 4 月
doi: 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 3185 . 2011 . 02 . 002
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.6 No.2 Apr. 2011
前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
7 6 5 4 3 2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Fn 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 a=-1.3
池中进行,该水池长 160 m,宽 7 m,水深 3.7 m。 模型试验共包括两大部分: 一是三体船在静
三体船模型试验在大连理工大学船模拖曳水
第2期
β 代表浪向角,且 β = 180°为迎浪。
0.1 ~ 1.0; 二是三体船在规则波中的运动响应试 验,具体如表 3 所示。 表中的 λ 代表规则波波长;
1 引 言
甲板面积宽、快速性好、耐波性优、稳性好、抗沉性 用、民用市场均有广阔应用前景的新船型。 高 、生存能力强 、改装余地大等优点 ,是一种在军 与常规排水型单体船相比, 高速三体船具有
性能方面的研究也成为热点, 其研究方法主要有 理论分析、船模试验和数值计算。 其中,船模试验 验的费用高且耗时,因此,目前有关三体船船模试 验的数据和资料并不多。 近来,国际上在三体船阻 试验结果论述了三体船侧体的横向纵向位置 、 对 因其结果的可靠性而备受人们关注, 但因船模试 力和运动性能方面进行了大量试验研究。 Ackers 等 [2]进行了大量的三体船模型阻力试验 , 并通过
水中的阻力试验 , 其傅汝德数变化范围为 Fn =
贾敬蓓等:前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
系数。
阻力 ,再由公式(3),即可求得三体船的剩余阻力 Cr =
1 ρV 2S (2) 2 总阻力减去总摩擦阻力即得到三体船的剩余 R f = Cf ×
11
表面积,m2。
Rr (3) (1 - 2)ρV 2S 式中 ,R r 为船模的剩余阻力 ,N; ρ 为水的密度 , 1 000 kg / m3;V 为船模的航速,m / s;S 为船模的湿 傅汝德数变化的曲线如图 4 所示。
侧体设计水线处船宽 / m 单个侧体排水体积 / m 侧体方形系数 侧体设计吃水 / m
3
侧体设计水线长 / m
度, 并对这种三体船型的阻力性能进行了模型试 验研究。 蔡新功等[11]选取一个主体为圆舭船型、侧 Hebblewhite 等 通过模型试验研究分析了三体船 侧体的纵向位置变化对三体船运动响应的影响。
[12]
体具有相同的线型, 但主体主尺度小于侧体主尺 体为尖舭船型的三体船进行了模型阻力试验 。