前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
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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
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
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
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-
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
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
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。
表 3 三体船在规则波中的运动试验 Tab.3 The trimaran motion tests in regular waves
模型 1 2 3 4 5 纵向运动响应试验 λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° Fn = 0.234 Fn = 0.494 Fn = 0.701 横向运动响应试验 λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ =2~12 m β = 90° β = 90° β = 90° β = 90° β = 90° Fn = 0.0
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)
[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 。
单个侧体湿表面积 / m2
SS CBS
于设计水线面上主船体的船中位置 ,ox 轴沿船长 方向且指向船首为正 ,oy 轴沿船宽方向且指向左 舷为正。 示意图中的变量 a 和 b 分别表示三体船 侧体相对于主体的纵向和横向位置, 其中变量 a 代表侧体船中与主体船中之间的距离, 且当侧体 船中位于主体船中之前时,a 的取值为正; 变量 b 代表侧体中纵剖面与主体中纵剖面之间的距离,b 的取值始终为正。 三体船模型的构型示意图如图 2 所示。
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Baidu Nhomakorabea波波长;
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。
1 College of Ocean Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China Jia Jing-bei1 Zong Zhi2 Zhang Wen-peng2
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-
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。
[10]
线面三体船船型进行了阻力模型试验。Degiuli 等[6] 对主体和侧体均为 Wigley 船型的高速三体船进
主体设计水线处船宽 / m 主体排水体积 / m3 主体湿表面积 / m 主体方形系数
2
主体设计水线长 / m 主体设计吃水 / m
Sm CBm LS BS DS
S
船型的高速三体船模型进行了阻力试验研究。 唐 提出了一种新型的三体船型, 其主体和侧
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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。
表 3 三体船在规则波中的运动试验 Tab.3 The trimaran motion tests in regular waves
模型 1 2 3 4 5 纵向运动响应试验 λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° β = 180° Fn = 0.234 Fn = 0.494 Fn = 0.701 横向运动响应试验 λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ = 2~12 m λ =2~12 m β = 90° β = 90° β = 90° β = 90° β = 90° Fn = 0.0
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)
[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 。
单个侧体湿表面积 / m2
SS CBS
于设计水线面上主船体的船中位置 ,ox 轴沿船长 方向且指向船首为正 ,oy 轴沿船宽方向且指向左 舷为正。 示意图中的变量 a 和 b 分别表示三体船 侧体相对于主体的纵向和横向位置, 其中变量 a 代表侧体船中与主体船中之间的距离, 且当侧体 船中位于主体船中之前时,a 的取值为正; 变量 b 代表侧体中纵剖面与主体中纵剖面之间的距离,b 的取值始终为正。 三体船模型的构型示意图如图 2 所示。
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Baidu Nhomakorabea波波长;
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。
1 College of Ocean Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China Jia Jing-bei1 Zong Zhi2 Zhang Wen-peng2
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-
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。
[10]
线面三体船船型进行了阻力模型试验。Degiuli 等[6] 对主体和侧体均为 Wigley 船型的高速三体船进
主体设计水线处船宽 / m 主体排水体积 / m3 主体湿表面积 / m 主体方形系数
2
主体设计水线长 / m 主体设计吃水 / m
Sm CBm LS BS DS
S
船型的高速三体船模型进行了阻力试验研究。 唐 提出了一种新型的三体船型, 其主体和侧
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
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
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
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
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