非对称双体船稳性计算【开题报告】

开题报告

船舶与海洋工程

非对称双体船稳性计算

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

近年来,多体船型一直广受人们的关注,有关多体船方面的研究也成为人们研究的热点。然而不管是以前的单体船还是目前人们广泛关注的多体船,它们都是属于对称型的船体。对于不对称船型,公开报道的也只有2003年由中国烟台莱佛士船厂制造完成的一艘名为Asean Lady的大型游艇[1]。那么何为不对称船型呢？所谓的不对称船型是相对于传统的对称船型而言的,是指船体水线下横剖面形成不对称形状的船型。

船舶稳性是指船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力。它的研究是船舶行业中一个非常重要、非常复杂的课题。船舶稳性是船舶最重要的性能之一,是船舶航行安全的基本保障,也是船舶检验的主要内容之一。因此，对这种新型船舶进行稳性计算和分析是十分有必要的。由于贾敬蓓[2]等人已对不对称双体船进行过初稳性的研究，因此，本文只针对不对称双体船的大倾角稳性。不对称双体船在外力的作用下产生倾斜以后，水下部分体积的形状发生了变化，体积型心（浮心）向倾斜的一侧移动。因此在讨论稳性问题时，首先需要确定倾斜水线的位置，找出浮力作用线，然后才能分析复原力矩的大小和方向。

为了保证水上交通与生产的安全，船舶必须具有一定的稳性。王元禹在《谈船舶稳性对船舶安全的重要性》[3]一文中提到稳性是船舶最基本的航行性能之一，它直接影响着船舶航行的安全,也是船舶检验的主要内容之一。有没有足够的稳性，同时也决定了这艘船舶能否通过船检而投入运盈。稳性可以分为横向稳性和纵向稳性。对于常规船舶而言，纵向稳性对船舶的安全性能影响很小，然而对于小水线面双体船在高速时容易失去纵向运动稳定性的问题，林政和毛筱菲[4]也已经通过数学分析和程序设计对安装鳍的设计方案进行过研究。因此考虑稳性问题时常规船舶基本上都只要考虑横向稳定性。而横向稳性又可分为初稳性和大倾角稳性。对于单体船舶，初稳性和大倾角稳性的研究基本上都趋

于成熟化。比如刘烽杰在《船舶稳性研究》[5]一文中综述了近年来船舶完整稳性及破舱稳性的研究概况，介绍了我国规范对船舶稳性的具体要求，讨论了改善船舶完整稳性的主要措施。李子富,杨盐生,杜嘉立在《静水中船舶大倾角横摇稳性的理论计算方法》[6]一文对静水中船舶大倾角横摇稳性的特点进行了介绍，并根据已有大倾角稳性计算方法的基础上提出了一种新的计算船舶发生大倾角横摇时的静稳性力臂的计算方法。由于近几年船舶在大风浪中沉没的事故频频发生，由中小型船舶扩展到大型船舶，刘光明、侯建军、杨宝璋、佟宝德在《大风浪中船舶倾覆的模式和风浪中船舶稳性估计》[7]中列举了导致船舶在大风浪中沉没的诸多因素，概括出了四中模式，并提出了在风浪中完整稳性的估算方法，以可能出现的最大横摇角和进水角相比较，确定船舶是否在安全范围。佟德敏在《船舶大倾角稳性计算的简便方法》[8]表示根据自己的工作实践中推导出来的计算公式可使稳性计算量大大减少，而且计算出来的最小倾覆力臂值或最小倾覆力矩值比格子法计算出来的结果要精确和可靠。赵明秋和季凯朋在《重大件货物运输船舶稳性的计算》[9]中分析了重大件货物船舶浮态和稳性中的各项关键参数，通过计算公式和举例验证，使得我们更有效的监管和服务载运重大件货物的船舶。这些研究都为我们提供了造船和装载营运的依据和简便的计算。然而对于多体船[10]的研究特别是对于不对称多体船的研究，就显得非常的稀少。可以这么说，对于不对称船型的研究才刚刚起步。因此，在这方面的研究就显得非常有参考价值。马强的《多体船破舱稳性比较分析》[11]为我们阐述了多体船的侧体在遭到破坏的情况下，侧体参数对多体船破舱稳性的影响。李培勇等人的《多体船型完整稳性计算》[12]分析了侧体跨距、排水量等参数对静稳性臂的影响以及静稳性曲线的特征，并通过实船的计算和比较，更形象的为我们描述出来。陈雪深等人的《双体船稳性衡准中的横摇角公式》[13]讨论了片体间距、舭龙骨面积及排水量-宽度比等参数对双体船横摇角的影响，从而给出了计算双体船横摇角及其周期的公式。贺俊松等人的《五体船大倾角稳性研究》[14] 在三体船的基础上为我们推导出了五体船的大倾角稳性公式。对于双体船人们的认识要比其他多体船来的深刻。其中韩斌的《多航态高速双体船的结构设计研究》[15]一文结合多航态高速双体船的自身特点，依据目前潜艇结构、气垫船结构以及内河双体船结构的型式对该高速双体

船的结构型式进行了初步设定。以结构力学为基础。利用直接计算法，对该高速双体船的结构初步设计计算，对其中该高速双体船的几个危险工况下进行了结构的强度和稳性校核，得出一个较为合理的结构。徐蓉的《小水线面双体船方案设计及稳性研究》[16]一文利用船舶设计中通常采用的母型法，并根据一些统计资料总结出一套适用于小水线面双体船的空船重量早初步设计中的估算方法，通过对国内外设计制造的多艘小水线面双体船的主体要素及其线型、总布置、推进方式等各方面的特征进行统计分析，确定出该小水线面双体船的主体主尺度和船型参数以及相应的线型。陈京普，朱德祥等人的《双体船/三体船兴波阻力数据预报方法研究》[17]一文中根据Daniel Floden[18]等人使用商用势流软件对三体船做片体优化，采用改进的Dawson方法，自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数据预报程序，并且考虑了高速三体船方尾的处理。杜拥军的《穿浪双体船加装组合附体优化设计》[19]一文应用流体力学软件CFX对流场分析表明组合附体调整到适当的位置可以取得耐波性、快速性等航行性能的最优的结合点，从而获得最佳的综合航行性能。陈坚的《对一艘双体集装箱船的稳性计算和探讨》[20]一文以一艘实船为例，对双体集装箱船稳性计算的过程及结果进行了叙述，对风压稳性横准、船舶重心高度对稳性的影响、静稳性衡准及有关规范要求进行了讨论。而不对称多体船的研究就我所知仅仅只有贾敬蓓等人的《不对称型双体船初稳性研究》[2]。他们通过船舶静力学原理[21]推导出了不对称双体船初稳性高的理论计算公式，并将其编制成FORTRAN程序用于计算不对称船体的初稳性高及判断不对称船体初稳性的好坏。

综合上述，人们对于常规船舶稳性的研究比较深入，比较透彻。然而对于多体船的研究特别是不对称多体船的研究却是刚刚起步。据我所知，对于不对称船型的理论研究目前只有初稳性的研究，因此不对称双体船大倾角稳性的研究就显得非常的有意义。同时，也对其他不对称的船型的研究提供参考资料。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

由于船型的特殊性，对称船体的大倾角稳性不适合非对称双体船的计算，所以针对非对称船体大倾角稳性的研究就显得十分的有必要。本文针对非对称双体船进行大倾角稳性公式的推导和计算，通过具体实例来分析非对称双体船