小水線面雙體船阻力計(jì)算【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　船舶與海洋工程</b></p><p>　　小水線面雙體船阻力計(jì)算</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　小水線面雙體船,以深置水下的雙下潛體、 小水線面的雙支柱和寬敞的

2、上船體三部分組成。它的特點(diǎn)是由于水線面比單、 雙體船都小很多,受波浪擾動(dòng)小,所以擁有優(yōu)良的耐波性, 能平穩(wěn)執(zhí)行海上作業(yè),人員暈船率低, 適于 全海候 , 堅(jiān)持高出勤率;波浪中失速小,能在惡劣海情下保持高航速,各種航速下運(yùn)動(dòng)響應(yīng)平緩, 適于在復(fù)雜海情下工作,上可起降直升機(jī), 下可收放深潛器、 工作艇; 在相對(duì)小的排水量下,甲板面積及有效艙容寬敞,利于總體布局,適于承擔(dān)海上特種作業(yè); 操縱性良好, 利于安全實(shí)施海上靠舷登船;生存能力較強(qiáng),正

3、常與破損穩(wěn)性較高;船體表現(xiàn)外形簡(jiǎn)單, 通常是二線曲面,建造工藝沒難度,而且適宜采用電磁波和水聲隱身結(jié)構(gòu), 提高全船隱蔽性。但船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,重量比相當(dāng)排水量的單體常規(guī)船大;載重量變化使吃水變化十分敏感;雙體配套設(shè)備量大, 控制系統(tǒng)復(fù)雜,造價(jià)相對(duì)高。可以說(shuō),小水線面雙體船的性能好, 在高海情下適用范圍寬, 相當(dāng)排水量下比常規(guī)單體船功能強(qiáng)。它是高性能多功能船,正處于開始推廣應(yīng)用時(shí)期?！?】</p><p><b&

4、gt;　　現(xiàn)狀與發(fā)展</b></p><p>　　小水線面雙體船的概念早在1905年以前就已被提出。但直到1973年才在美國(guó)建成世界上第一首SWATHA“Kaimalino”號(hào)。隨后日本和歐洲一些國(guó)家也相繼開發(fā)出SWATH船。例如，日本開發(fā)的有”Marine Ace”號(hào)(18t,試驗(yàn)船)，“Mesa 80”號(hào)（350t，旅客渡船），”Kotozaki”號(hào)和Ohtori號(hào)（排水量分別為236t和239t

5、，均為水文調(diào)查船）【3】【3】。我國(guó)在70年代后期開始SWATH船的研究工作【3】【4】【5】【6】【7】。2000年在汕頭船廠建成我國(guó)第一艘SWATH船，排水量為200t，主要取其耐波性好，航行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)航速不很高。</p><p>　　因?yàn)镾WATH船的滿載吃水線以下船體表面積比相同排水量的單體船大65%-80%。所以在相等的航速下，SWATH船的摩擦阻力比單體船大得多 。這意這以為著當(dāng)SWATH船低速

6、航行時(shí)，其阻力性能比單體船差很多。只有高速航行時(shí)，由于興波阻力小，其阻力性能才好于單體船【3】【9】【10】。因此，SWATH船的海上航速一般設(shè)計(jì)得較高。</p><p>　　SWATH船的航行水阻力隨船速增加而增加 ,但在波浪中航行的阻力與在靜水中航行的阻力相差很小。說(shuō)明SWATH船在波浪中失速小 ,這一點(diǎn)與單體船有很大不同。</p><p>　　SWATH船的推進(jìn)效率比單體船高 10%

7、一 50%【3】。主要有兩個(gè)原因：一是主體是比較規(guī)則的細(xì)長(zhǎng)體 ,在尾部螺旋槳處的伴流既均勻又 比較豐滿 ,有助于船身效率的提高;二是螺旋槳沉深比較大 ,可以選用推進(jìn)效率較高大直徑低轉(zhuǎn)速螺旋槳。</p><p><b>　　CFD研究</b></p><p>　　船舶的水動(dòng)力和所受阻力是船舶性能研究和船型優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。以往采用模型試驗(yàn)研究，雖然可靠，但是設(shè)計(jì)周

8、期長(zhǎng)，資金投入大，且不便于改進(jìn)設(shè)計(jì)。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速崛起和發(fā)展，船舶的水動(dòng)力性能（快速性、適航性、操縱性）是由繞船的流場(chǎng)特性而決定，從理論上講通過(guò)求解描述流場(chǎng)特性的流體動(dòng)力學(xué)方程就能對(duì)相應(yīng)的水動(dòng)力性能做出預(yù)報(bào)。然而，由于自由面的存在、船體幾何形狀復(fù)雜（特別是船尾）、附體較多，導(dǎo)致自由面水波、流體分離、漩渦等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得流場(chǎng)中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，即使有了描述流動(dòng)過(guò)程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，長(zhǎng)期以來(lái)船模試驗(yàn)便成了研究船

9、舶周圍流場(chǎng)特性的一個(gè)必不可少的手段。然而，船模試驗(yàn)不僅周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、很難得到詳細(xì)的局部流場(chǎng)信息，同時(shí)應(yīng)為尺度效應(yīng)，船模實(shí)際上并不能真實(shí)地再現(xiàn)實(shí)船的流動(dòng)情況，很大的局限性。新的水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)手段的引入已十分必要。</p><p>　　計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD)是在計(jì)算機(jī)上求解描述流體運(yùn)動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的偏微分方程組，并對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)程模擬。用他來(lái)進(jìn)行流體

10、力學(xué)的基礎(chǔ)研究，其主要優(yōu)點(diǎn)是能以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)間來(lái)獲得大量有價(jià)值的研究結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值方法不斷改進(jìn)，CFD的計(jì)算精度不斷提高以至滿足工程實(shí)用要求逐漸成為可能，正成為研究船舶水動(dòng)力性能的一種新的、快速而經(jīng)濟(jì)的重要工具。較為成功的應(yīng)用實(shí)例是耐波性的計(jì)算方程的普及，升力線、升力面理論已取代了螺旋槳圖譜設(shè)計(jì)。船舶阻力的CFD計(jì)算盡管存在自由表面、高雷諾數(shù)等多種難題，最近30年來(lái)通過(guò)人們不懈的努力，從勢(shì)流理論線性計(jì)算到非

11、線性計(jì)算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面NS方程的求解，CFD方法在計(jì)算能力和實(shí)用方面都發(fā)生了深刻的變化。過(guò)去只是在大學(xué)和研究所機(jī)構(gòu)才有的計(jì)算方法，如今已有很多商業(yè)化的CFD軟件可以應(yīng)用。不過(guò)，就我國(guó)現(xiàn)在的CFD軟件開發(fā)水平和能力而言，借助國(guó)外成熟的商業(yè)CFD通用軟件進(jìn)行船舶的粘性繞流模擬和水動(dòng)力研究，應(yīng)該是一種比較簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的方法。目前，國(guó)</p><p><b>　

12、　FLUENT簡(jiǎn)介</b></p><p>　　FLUENT是用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的程序。他提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效?？梢陨傻木W(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格;三維的四面體、六面體及混合網(wǎng)格。FLUENT還可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整網(wǎng)格，這種網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力對(duì)于精確求解有較大梯度的流暢很有實(shí)際的作用。由于網(wǎng)格自適應(yīng)和調(diào)整只是在需要加密的流動(dòng)區(qū)域里實(shí)施，而非整個(gè)流

13、場(chǎng)，因此可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間。[10]</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　（1）小水線面雙體船的耐波性非常好 ,尤其是在迎浪時(shí)顯得格外突出 。但隨浪航行和尾斜浪航行時(shí)的運(yùn)動(dòng)幅度較大。</p><p>　　（2）小水線面雙體船的航速較高 ,一般均在25km以上。</p><p>　?。?）小水線面雙

14、體船的每厘米吃水噸數(shù)小 ,因此在航行 中必須隨時(shí)打人壓載水 ,以彌補(bǔ)燃料消耗后的重量損失 ,保持正常吃水狀態(tài)。其破損后的浮性非常壞 。</p><p>　?。?）小水線面雙體船在高速航行時(shí)有首傾現(xiàn)象 ,需調(diào)節(jié)穩(wěn)定鰭加以控制 。</p><p>　?。?）小水線面雙體船的航 向穩(wěn)定性很好 ,低速航行時(shí)的穩(wěn)定性也好 ,但高速航行時(shí)的旋回性 比同船長(zhǎng)的單體船差很大 ,與同排水量的單體船略差一些。

15、</p><p>　?。?）小水線 面雙體船主機(jī)與軸系的維護(hù)與檢修比較困難.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳寧. MDT在船舶機(jī)艙動(dòng)力管系布置中的應(yīng)用[J].大連工學(xué)院學(xué)報(bào).2002,4(2)：30-36.</p><p>　　[2]Gore.JL.SWATH SHIPS[M]

16、.Naval Engineers Journal,1985:130～140.</p><p>　　[3]黃鼎良.小水線面雙體船性能原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社.1993:30～78.</p><p>　　[4]益其樂、曹謹(jǐn)忠等.小水線面雙體船的耐波性研究[A].中國(guó)船舶工業(yè)總公司702所報(bào)告[C].1981:27-33 .</p><p>　　[5]錢耀鑫. 惲秋琴.

17、小水線面雙體船模型M-8503耐波性試驗(yàn)報(bào)告[A].中國(guó)船舶科學(xué)研究中心[C].1987:9-12.</p><p>　　[6]黃鼎良.李向群.小水線面雙體（SWATH）船縱向運(yùn)動(dòng)的控制[J].大連工學(xué)院學(xué)報(bào).1987,23(3):21-24.</p><p>　　[7]黃鼎良.王新平.小水線面雙體船阻力理論預(yù)報(bào)[J].大連工學(xué)院學(xué)報(bào).1986,4(8):12-15.</p>

18、<p>　　[8]葛緯禎等.小水線面雙體船阻力估算方法[D].北京：船舶性能研究所,1985（2）</p><p>　　[9]于天江.小水線面雙體船阻力特性的試驗(yàn)研究[D].北京： 船舶性能研究所，1982（2）</p><p>　　[10]韓占忠、王敬、蘭小平編.FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用[M].北京:理工大學(xué)出版社,2007:19.</p><