小水线面双体船在船舶引航领域应用

通过对亚洲首艘小水线面双体船引航艇“安德”轮运营使用一年来的总结分析,并结合小水线面双体船自身的船舶特性,探讨其用作引航艇独有的优势和不足之处,为后续各港口设计建造小水线面双体船作为引航艇提供参考。

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法

以中国船舶科学研究中心开展的200t至3500t多艘SWATH船模试验结果和美国的15艘从3000t至30000t小水线面双体船波浪载荷模型试验资料为基础,给出了小水线面双体船波浪设计载荷估算公式。用该估算公式算得的小于3000t的小水线面双体船的波浪设计载荷的估算值更加接近模型试验结果,而小于目前常用的ABS公式估算值,从而可较大地减轻结构质量和建造成本。根据小水线面双体船受力特点,还提出了小水线面双体船在进行横向强度、扭转强度、总纵强度校核时各种载荷的组合方案和施加方式,供结构设计人员全面、合理地进行强度分析参考。

小水线面双体船纵向运动控制系统的试验研究

提出了小水线面双体船纵向运动控制系统的数学模型,并建立了该系统的试验平台,开展了前后鳍静态和动态水动力特性试验,分别进行了无控船模和前后鳍控制船模在规则波中的耐波性试验。试验结果表明,所设计的前后鳍对该小水线面双体船具有可控性;由确定控制矩阵K的方法获得了初步优化的控制规律;经初步优化控制后的实船,在不规则波上的升沉和纵摇有义值分别下降26.9%和32.0%。

小水线面双体船设计载荷研究

横向对开力是小水线面双体船的主要载荷。文章根据CCS(2005)、ABS(1999)规范及船模试验所得载荷值,对小水线面双体船横向对开力的估算公式进行重新回归,提出CCS(2005)修正公式;对规范中小水线面双体船强度校核时合理的载荷大小及相应的工况组合形式进行探讨,提出更为危险的60。/120。斜浪工况组合情况;并选取6种较为严重的典型工况进行全船有限元分析,得到各典型工况下船体结构的应力分布特点,为小水线面双体船的载荷估算及初步设计提供了理论依据。

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量。本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化。结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件。优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值。

一型小水线面双体船的水动力性能与结构设计

简要介绍了中国船舶重工集团公司(CSIS)建立和发展的一种小水线面双体船(SWATH)优化设计工程技术系统,主要包括SWATH船型的概念设计、主尺度与线型优化、有效功率预报、纵向运动稳定性校验及稳定鳍设计、耐波性预报、结构载荷评估、波浪中的船体结构动、静响应分析等有关设计、预报与评估的系统方法。并以一型1500吨级小水线面双体型海洋调查船设计和评估为例对有关设计方法进行了说明和验证,在该船设计中,采用线性和非线性三维水弹性理论来预报载荷与评估在波浪中航行船体的结构安全性,同时在中国船舶科学研究中心(CSSRC)的拖曳水池与耐波性水池中进行了阻力与自航、耐波性与操纵性、波浪载荷等船模拖曳及自航试验。文中还给出了该船有关优化设计及模型试验结果。

小水线面双体船在波浪中的水动力计算

采用直接边界元法 ,利用三维移动脉动源格林函数计算小水线面双体船在波浪中的水动力。针对小水线面双体船在零航速、横浪时所受到的波浪载荷最大的特点 。

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析（英文）

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究。通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著。

小水线面双体船总振动计算与试验研究

小水线面双体船是一种耐波性较好的双体船,其水线面较小,但湿表面较大,使得附加质量对船体的振动特性影响较大。运用三维水弹性分析方法,以干模态为主坐标,分析小水线面双体船的振动特性。综合考虑波浪中附加质量的影响,得到小水线双体船的各阶主要总振型。同时,对实船进行了总体振型测试,得到相应的振型。计算与试验的结果对比分析显示,它们在该船的各主要振型模态上较为吻合,振型频率也一致,说明测试方法合理,数值计算方法可行。

基于FLUENT软件的小水线面双体船粘性流数值模拟

利用计算流体力学商业软件 FLUENT对一实尺度小水线面双体船 ( SWATH)数学船型的粘性绕流进行了数值模拟 ,得到了不同航速下的船体表面总压力、表面剪切应力分布和相应的粘性阻力系数 ;将各航速下的粘性阻力计算结果和经验公式估算结果作了比较 ,验证了 FLUENT用于计算小水线面双体船三维粘性流和粘性阻力的有效性 .

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具。文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性。

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性频域计算

基于三维移动脉动(3DTP)源格林函数,针对安装稳定鳍的小水线面双体船(SWATH),计入两片体之间的水动力干扰、黏性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性频域计算方法.通过与SWATH试验模型(SWATH-M)的试验结果对比,验证了计算方法的可靠性,进而研究了航速对SWATH-M耐波性的影响,并分析了黏性和稳定鳍对SWATH-M整船所受水动力的贡献.结果表明,基于3DTP的船体运动计算结果与试验结果吻合良好.船体的运动响应算子随波长变化呈现出双极值.随着航速提高,短波共振区附近的运动响应算子极值增大,而长波共振区附近的运动响应算子极值降低.黏性和稳定鳍对阻尼系数的影响主要体现在垂荡-垂荡阻尼系数和纵摇-纵摇阻尼系数上,对波浪干扰力的影响主要体现在垂荡力虚部和纵摇力矩实部.

小水线面双体船五自由度运动建模与仿真

[目的]为了提高航海模拟器中小水线面双体船(SWATH)的模拟精度,更好地掌握此类船舶的操纵特性,[方法]根据SWATH船型的运动特点,在MMG三自由度模型的基础上,较为完整地计入耦合的纵荡、横荡、艏摇、横摇及纵摇运动,建立SWATH的五自由度运动数学模型。基于此应用模型建立SWATH的实船数学模型,对该数学模型进行微分求解,仿真模拟SWATH的旋回运动、Z形运动,并进行定性分析。[结果]分析显示:仿真模拟结果符合SWATH操纵运动原理及实际运动特征,验证了数学模型的准确性。[结论]该模型可真实反映实船的运动规律,可应用于航海模拟器中。

小水线面双体船阻力预报研究

小水线面双体船 (SWATH)船型设计的关键技术之一是其水动力性能的预报 ,而其静水阻力预报是其水动力性能预报的重要内容。本文应用船舶计算流体动力学 (CFD)技术并结合传统的阻力估算方法 ,开发了一个 SWATH船型阻力数值预报集成软件系统。为了验证该系统的有效性 ,将其应用于一 SWATH船型的总阻力和有效功率计算 ,并将计算结果和现有的船模试验结果进行了比较。结果表明 ,本文所开发的 SWATH阻力预报系统可以很好地预报 SWATH船型阻力随航速的变化规律以及阻力曲线峰、谷点的位置 ;在傅汝德数小于 0 .45的速度范围内 ,计算得到的总阻力和试验结果吻合良好。

基于细长体理论的小水线面双体船操纵性预报

小水线面双体船(SWATH)由于具有良好的船舶快速性、耐波性、稳性和效率高等特点,已经成为新船型的代表。根据小水线面双体船的船型结构特点,在操纵运动数学模型的基础上,充分考虑小水线面船的结构特点和双体、双桨、双舵之间水动力的相互影响,采用细长体理论计算了附加质量、附加惯性矩和线性水动力导数,编制了双体船操纵运动预报程序,并结合实例对SWATH的操纵性能进行了预报。

小水线面双体船结构优化

本文对小水线面双体船结构优化设计方法进行了研究。以一 5 70t外倾式小水线面双体船为结构优化对象 ,根据劳氏船级社特种船舶入级规范中的有关要求作为其约束条件 ,利用混合离散变量优化方法 (MDOD法 )

小水线面双体船纵向运动稳定性的简化判据及分析

本文根据劳斯判据分析了小水线面双体船（SWATH）静水纵向运动方程的稳定性，给出了适合于工程应用的纵向运动稳定性简化判据和临界巡航速度的计算方法。通过对三艘SWATH的实例计算，讨论了船形以及鳍的尺度、纵向位置和组合形式的变化对纵向运动稳定性的影响，提出了一种较完善的提高SWATH纵向运动稳定性的途径。

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究（英文）

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。

小水线面双体船操纵性预报研究

采用MMG数学模型,结合小水线面双体(SWATH)船的水动力性能特点,建立了小水线面双体船在静水中水平面内的操纵运动模拟模型;应用该模型对1艘小水线面双体船的定常回转试验、Z形试验、制动试验以及差动试验进行数值模拟,得到表征船舶操纵性的参数,实现了对该小水线面双体船的操纵性预报。

顶浪规则波中小水线面双体船纵向运动特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,采用Overset技术处理船体运动,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中运动响应特性及其产生机理的研究。通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了本文方法的有效性;在此基础上,分析了船体运动响应曲线中各峰值产生的原因及片体间相互干扰对SWATH船在波浪中运动响应的影响,发现其中一个峰值出现的原因为遭遇频率接近船体运动固有频率,由此发生共振;另一个峰值的出现则可能与SWATH特殊的船型及附体配置有关。由于SWATH船片体间的水动力干扰效应,SWATH船在波浪中运动响应峰值较单个片体响应峰值明显减小,且出现的位置向低频方向移动。