单体船与五体船在波浪中航行时的特性对比分析

本研究以某高性能穿梭艇SV—O为参照模型,选取首柱角度60°的外倾式船艏,并在此基础上建立了一个五体船模型。在考虑船舶航行姿态的条件下,本研究完成了对单体船和五体船在波浪载荷下的阻力预报,并结合阻力、纵摇、升沉值,以及自由液面情况等的变化比较分析了在波浪载荷存在的条件下船型的改变对船舶快速性的影响。

五体船型的阻力性能试验

通过试验途径研究了五体船的阻力性能特性,以及五体船后侧体型线形式、位置改变、对称形式、排水量改变、长宽比改变对阻力的影响.结果表明:侧体应该选用艉部过渡平缓的型线;后侧体靠近主体艉部位置较优;采用不对称后侧体的情况不能降低总阻力;减小后侧体排水量能有效降低总阻力;试验中后侧体长宽比的变化对总阻力没有明显影响;前侧体有静水吃水时增加了阻力;五体船型阻力性能大大优于单体船型.

五体船纵向运动预报的一种工程算法

针对五体船型的特点,基于STF切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响,提出了五体船纵向运动预报的一种工程算法.计算结果和五体船模试验结果在多个工况下进行了对比.结果表明,该算法对五体船运动预报具有相当的准确性,且简单实用,对五体船的主尺度、侧体位置优化等方面有着积极的意义.

五体船纵向运动预报的一种工程算法及其在前侧体位置优化中的应用(英文)

将一种现有的工程算法引入五体船纵向运动预报,该方法基于STF切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响。计算结果和试验数据在多个航速和波浪工况下符合良好。采用这种方法实现了前侧体的位置优化。

五体船大倾角稳性研究

在三体船基础上推导了五体船的大倾角稳性公式,分析了几种情况下的简化公式,进行了实例计算.计算结果表明五体船大倾角稳性大大好于三体船;随着五体船侧体横向位置的增大,复原力臂GZ值迅速增大,但是GZ曲线的最大值点对应的横倾角Φ也明显减小;无论提高五体船前侧体还是后侧体的高度,都会降低GZ值,但影响并不非常剧烈;采用较小主尺度的后侧体,在侧体排水量下降很可观的情况下,GZ曲线下降并不剧烈.

五体船兴波阻力线性理论计算与CFD数值模拟

五体船是继当代三体船之后提出的又一种多体新船型,该新船型付诸实用前必须对其兴波特性和侧体布局减阻设计进行研究。根据五体船各片体的科钦函数线性叠加和坐标变换原理,提出了基于片体科钦函数展开的分项算法和基于片体科钦函数叠加的整体算法求解多体船兴波阻力,得出了单体船、三体船、五体船通用的线性兴波阻力公式。应用CFD通用软件进一步分析五体船阻力及片体兴波干扰特性,提出了基于CFD模拟的自由面波形观测的五体船片体布局优化,对各种侧体布局下的五体船兴波特性直观地定性判定。根据综合兴波阻力线性理论计算和粘性流体动力CFD求解所得五体船阻力结果及其特性,提出具有工程实用意义的五体船优化构型方案。研究表明,势流线性理论计算和CFD求解五体船阻力的方法和所得五体船优化构型方案具有广阔的应用前景。

基于FLUENT的五体船静水中水动力特性数值模拟

采用目前广泛应用的计算流体力学软件FLUENT,研究了对应侧体不同横向位置时高速五体船在静水中的水动力特性.通过计算给出了3种不同附体与主体中心距的五体船模在同一航速下的阻力系数,压力分布和自由液面波形等,并分析了附体位置对总阻力的影响.研究表明:将FLUENT软件应用于考虑自由表面的多体船水动力数值模拟和计算中是可行的,为进一步使用FLUENT软件研究多体船的水动力性能提供了依据和参考.

五体船侧体布局及兴波阻力优化

采用线性兴波阻力计算方法,结合CFD通用软件模拟,对比分析前后片体横向间距不等五体船、五片体简单叠加及前后片体横向等间距五体船阻力特性,研究侧体布局对兴波阻力影响的规律及其减阻优化效果。研究结果表明,五体船前后片体分别纵向靠近首尾布置,可以扩大有利兴波干扰速度范围,高速段侧体横向偏内可以获得较佳阻力值,并且片体纵向位置的改变相比横向位置的变化,对阻力值影响更大。

五体船侧体布局对纵向运动性能的影响

针对五体船前后侧体的不同位置,分析了侧体布局对五体船纵向运动的影响.采用Ran-kine面元法计算了五体船在规则波中前后侧体12种布置方案下的纵向运动响应RAO,分析了前后侧体纵向、垂向位置变化对船体运动的影响规律.考虑非线性因素,在非规则波中计算了五体船运动响应时历,比较了高、低航速时侧体位置变化对运动响应有义值的影响特点.分析结果表明:五体船前后侧体布局对运动的影响与航速密切相关,后侧体在低航速时靠近船中布置、高航速时靠近船尾布置更有利于减小船体垂荡运动;通过降低前侧体垂向高度和靠近船首布置有利于减小五体船垂荡和纵摇运动.

五体船波浪中运动与增阻的主片体协同优化研究

以波浪中的运动和增阻为目标,进行了五体船主体型线、片体主尺度和布置的协同优化。解决了型线自动变换、参数化自动建模及计算网格合并等关键技术,实现了五体船全船的自动建模。利用ISIGHT进行建模与水动力计算的集成,建立了主片体协同多目标优化系统。运用遗传算法进行多目标优化,结果表明优化后五体船运动和增阻都有所改善,并对非规则波中的情况进行了一定的探讨。

高速五体船结构设计的几个关键问题

五体船(Pentamaran)的概念最早由英国船舶设计师Nigel Gee提出,该新船型以其诸多独特优点,正日益引起国际造船界的重视。结构设计是五体船开发中最关键的环节之一。本文介绍了高速五体船结构设计的直接计算法,结合国外设计实例,较详细地阐述了五体船结构设计的外载荷计算、结构分析、疲劳分析等几个关键问题,并例举出五体船结构设计中亟待深入研究的方向。

五体船运动非线性特性检验方法

采用替代数据法研究了五体船在随机海浪中运动响应系统性质的判别问题.针对3种侧体排水量比例的五体船型在不同海况、浪向下的运动响应时历,运用改进傅里叶变换算法生成替代数据,计算检验统计量的判别指标,在显著水平为0.05下,对五体船运动响应系统性质进行了判别.结果表明:五体船在随机海浪中的运动响应表现为线性系统特征,前后侧体的增加未改变五体船运动响应系统的性质,替代数据检验法能够准确合理地判定五体船运动响应系统的特性.

五体船波浪载荷计算研究

基于势流理论和格林函数,探索五体船在不规则波中运动的波浪载荷响应函数,并且运用波谱分析法,采用北大西洋波浪散布图,对船体的几个典型剖面作波浪载荷的长期预报。分析不同航速、不同浪向角下典型剖面上的弯矩和剪力,研究五体船在波浪中运动时剖面载荷的分布规律。

小水线面中体五体车客渡船的主尺度优化

结合常规五体船型和小水线面船型的优点,提出小水线面中体五体船(PentaSWACH)的新船型概念.针对该型船主尺度参数众多而不易优化的问题,提出了一套主尺度优化方法.以航速和空船重量为目标函数,对一小水线面中体五体车客渡船的主尺度方案进行了初步优化,为进一步开展该型船的研究提供了可供参考的主尺度优化途径.

基于遗传算法的五体船片体布局多目标优化研究

尝试并实现了iSIGHT优化软件与水动力计算软件HydroSTAR的集成优化,以五体船在波浪中的运动响应及增阻为目标函数,对片体布局作了多目标优化研究.运动计算采用三维频域面元法,增阻计算应用了近场压力积分方程,优化算法采用NSGA-II遗传算法,结果给出了Pareto解,还进行了DOE试验设计分析,为五体船片体布局设计提供参考.

应用五体船型降低集装箱船EEDI

在当今船舶行业绿色环保、节能高效的前提下,提出了应用五体船型来达到降低EEDI的相应要求,介绍了五体船的主尺度选取办法,最后估算出其EEDI值,与常规集装箱船型作比较后发现五体船型可以有效地降低EEDI值,更加满足环保要求。

五体船兴波阻力预报和减阻设计遗传算法

以线性兴波阻力薄船理论Michell积分和科钦函数线性叠加原理为基础,采用正交切比雪夫多项式拟合片体横剖面面积曲线,得出单体船、三体船和五体船通用的线性兴波阻力数值计算公式。据此,对不同侧体位置布局的Wigley五体船算例的兴波阻力进行系统的计算,并分析侧体位置布局对五体船兴波阻力的影响规律。在此基础上,进一步应用遗传算法对五体船的侧体位置布局进行减阻设计,得到五体船在计算航速下的侧体位置布局减阻设计方案。研究表明,所提五体船兴波阻力线性理论算法以及侧体位置布局减阻设计遗传算法均有效可行。

五体船波浪载荷特性及侧体布局影响规律分析

基于三维势流理论,计算了五体船主船体横剖面和前后侧体连接桥上的纵剖面在规则波中的垂向剪力、垂向弯矩和扭矩波浪载荷响应RAO,分析了波浪载荷RAO最大值沿船体分布规律以及浪向对载荷的影响规律,得到了载荷较大剖面位置.在非规则波中,通过比较不同侧体布局的五体船波浪载荷有义幅值的大小,得到了后侧体纵向位置、前后侧体横向位置以及前侧体垂向位置变化对五体船波浪载荷的影响规律和侧体最优布局方案,并与三体船波浪载荷计算结果做比较.结果表明:后侧体布置于距船尾1/4船长区域附近较优,侧体横向位置和前侧体垂向位置变化主要影响连接桥内波浪载荷,前侧体的存在能有效减小后侧体连接桥的波浪载荷.

基于HydroSTAR的水翼五体船耐波性优化研究

为改善五体船在空载及小摇荡时的耐波性,论文通过在五体船主船体和片体之间加装水翼构造水翼五体船,在此基础上借助耐波性通用软件HydroSTAR对不同水翼攻角水翼五体船及原五体船耐波性计算,并对相关耐波性指标进行对比分析,以此研究水翼五体船的攻角优化问题。通过对比研究发现,水翼五体船的纵摇幅值、横摇幅值及垂荡幅值明显低于五体船,且在低频波段NACA4415翼型水翼五体船最优攻角在10°左右。

基于数值模拟的水翼五体船耐波性分析

为改善五体船在小摇荡时的耐波性,提出在侧体和主船体之间加装水翼构造水翼五体船,借助Hydro Star水动力学软件,依托Wigley片体五体船进行水翼五体船耐波性计算对比。结果表明,由于水翼的减摇减震及升力作用,在侧体和主船体之间加装水翼可以明显降低五体船的纵摇幅值、横摇幅值及垂荡幅值,提高五体船的耐波性。