直型艏与常规球艏静水阻力与波浪增阻比较研究

关 键 词 ：直型艏；常规球艏；静水阻力；波浪增阻 中图分 类号 ：Ｕ ６ ６ １ ． ７ ３ 文献 标识码 ：Ａ
０ 引 言
由于 温 室气 体排 放 带来 全球 气 候变 暖 引发 环 境恶 化 的 问题越 来越 严 重 ， 国际海 事 组织 （ Ｉ ＭＯ）推 出 的新造 船 能效 设计 指数 Ｅ Ｅ ＤＩ ， 于２ ０ １ ３年 １月 １日生效 实施 。 Ｅ Ｅ ＤＩ 的基线 也将 渐进 式地 降低 ， ２ ０ １ ５ 年￣ ２ ０ １ ９年底 能耗 要 降低 １ ０ ％，２ ０ ２ ０年－ ２ ０ ２ ５年 底 降低 ２ ０ ％，２ ０ ２ ６年～ ２ ０ ３ ０年底 要 降低 ３ ０ ％，以节制 船 舶温 室 气 体 的排放 ，达到 保 护环 境 的 目的 。 目前航运 市 场 持续低 迷 ，油价不 断 上涨 ，燃 油 成本 在航 运 成 本 中所 占比重 越来 越 大 ，也迫 使船 东更 加重 视船 舶 的能耗 成 本 ，航 速一 功率 指标 成 为决 定船舶 竞争 力 的最 重 要技 术 指标 之 一 。 由此 可 见 ，无 论是 政策 导 向还 是市 场 需求 ，船 型研 发 工作 都面 临 更高 的要
因源自文库 ，从 以上 Ｃ Ｆ Ｄ计算结果可 以得 出结论：与原船型 （ ＭＯ ）相 比，球鼻艏优化船型 （ Ｍ１ ）与直
型艏 优化 船 型 （ Ｍ２ ）均 具有较 好 的流 场特 性 ，首 尾 压力 分布 改善 明显 ，兴波 明显减 小 。与球鼻 艏船 型 相 比 ，直型艏 船 型 首部压 力 梯度 小 ，全 船压 力梯 度更 为 均匀 ，船 侧 兴波 与水 面 兴波 更 为平缓 ，直型 艏 优化 船 型粘压 阻 力与 兴波 阻力 均较 小 ，具有 更好 的静 水 阻力性 能 。
摘
要
船舶在静水 中和 波浪 中都具有优 良的阻力性 能是航运 界和造船 界共同追求的 目标。本文阐述 了直型艏与 常规球鼻艏船型在静水 中的阻力性 能与波浪中的阻力性能的 比较研 究。针对几艘典型的散货船、油船等肥大 船型，分别 采用 球鼻艏和直型艏两种艏型进行船舶 线型优 化研 究， 应用 Ｃ Ｆ Ｄ方法进行流场计算分析 ， 计算结 果 表 明，对 于低速肥大船型 而言，直型艏船 型能够有更好的压 力分布 和更低的兴波特征 。通过静水模型 阻力 试验 ，和波浪 中的船模增 阻试验 比较研 究，结果 表明，与常规球艏船型相 比，直型艏船型静水 阻力约可降低 ３ ～ ９ ％，波浪 中阻力增加可减小 ６ ％ ～ ４ ４ ％。船舶 的方形 系数越 大，直型艏的减 阻效果越 显著。 由此可见，直型 艏船型在静水和 波浪 中均具有 较为优 良的阻力性能，在实际航 行 中具有能耗更低的优点。
３ 静水 阻力试验 结果分析
为了定量地研究直型艏与球鼻艏船型的静水阻力性能，本文选取三艘船舶进行 了静水阻力模型试 验研究 。船型 ｌ （ 上一章节 Ｃ Ｆ Ｄ分析船型） 为散货船，进行 了设计吃水、结构吃水和压载吃水状态的模
型 阻力 试验 ，以研 究直 型艏 与球鼻 艏在 不 同装 载状态 下 的静 水 阻力性 能 。船型 ２为油船 ，进 行 了直 型 艏 与球 鼻 艏方 案设 计 吃水状 态 的模 型 阻力试 验 ，以研 究在 方形 系数 较 小 的油船 上采 用 直型 艏船 型 是否
文 章编号：１ ０ ０ ０ — ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ １ ． ０ １ １ ３ ． ０ ８
直型艏 与常规球艏静水 阻 力与波浪增 阻 比较研 究
陈 霞萍 ，陈伟 民 ，陈 兵 ２ 柳卫东
（ １ ． 上海船 舶运 输科学研 究所 ，上海 ２ ０ ０ １ ３ ５ ； ２ ． 江南造船 （ 集团） 有 限责任公 司 ，上海 ２ ０ １ ９ １ ３ ）
仍有低阻优势。船型 ３也为散货船 ，直型艏船型与球鼻艏船型首尾线型从全船性能角度进行 了优化，
具 体表 现 为直 型艏 船 型排 水量 前移 ，尾 部 线型 相对 瘦 削 ，重 点研 究采 用直 型 艏后 全船 排水 量 分布 发 生 变 化情 况对 船舶 阻力性 能 的影 响。
求 与更 大 的挑 战 。
船 舶 在静 水 中和 波浪 中都具 有优 良的 阻力性 能是航 运 界和 造船 界 共 同追求 的 目标 ，船 舶线 型优 化 不 仅要 考 虑在 静水 中具有 较 好 的阻 力性 能 ，还 需要 考虑 在波 浪 中也 具 有较 好 的阻 力性 能 ，即具 有较 小 的波 浪增 阻 ，从 而 降低在 实 际营 运 中 的燃 油 消耗 。本 文 依托 四型 散货 船 、油船船 型 ，借 助 于 Ｃ Ｆ Ｄ 计算 分 析方 法 ，优 化 设计 了直 型 艏与 球鼻 艏 两种 艏 型 ，给 出球 鼻艏 与直 型 艏船 型 的流场 特 性对 比，静 水 阻 力 性 能与波 浪 阻力 性能 的定 量 比较 ，得 到 了一些 有益 的 结论 。
５ ５卷
第１ 期（ 总第 ２ ０ ８ 期）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ． ５ ５ Ｎｏ ． １（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ２ ０ ８）
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ３ 月
Ｓ ＨＩ Ｐ Ｂ Ｕ Ｉ Ｌ Ｄ Ｉ ＮＧ ＯＦ Ｃ Ｈ Ｉ ＮＡ
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ５ ． ２ ０ ；修 改稿 收 稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ２ — ２ ５
中
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造
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学术 论 文
图３ 横坐标为波切纵向位置与船长的比值 ， ． ０ ． ５ 为首垂线位置 ， ０ 为船中位置，０ ． ５ 为尾垂线位置，
纵坐 标 为波 高与船 长 的 比值 ，正 值 为峰 ，负值 为谷 ，从 图 中可 见 直型 艏优 化线 型 （ Ｍ２ ）的全船 纵切 波 总体 最 小 ，峰 谷较 为平 缓 ，说 明该船 型 兴波 阻力最 小 。