Resistance and Seakeeping Numerical Performance Analyses of a Semi-Small Waterplane Area Twin Hull at Medium to High Speeds

The hydrodynamic analysis of a new semi-small waterplane area twin hull （SWATH） suitable for various applications such as small and medium size passenger ferries is presented. This may be an attractive crossover configuration resulting from the merging of two classical shapes： a conventional SWATH and a fast catamaran. The final hull design exhibits a wedge-like waterline shape with the maximum beam at the stem; the hull ends with a very narrow entrance angle, has a prominent bulbous bow typical of SWATH vessels, and features full stern to arrange waterjet propellers. Our analysis aims to perform a preliminary assessment of the hydrodynamic performance of a hull with such a complex shape both in terms of resistance of the hull in calm water and seakeeping capability in regular head waves and compare the performance with that of a conventional SWATH. The analysis is performed using a boundary element method that was preliminarily validated on a conventional SWATH vessel.

基于多目标遗传算法的SWATH船稳定鳍优化设计

针对稳定鳍的各参数对SWATH船纵向运动性能具有较大影响的特点,建立了稳定鳍的多目标优化模型,并运用基于Pareto解的多目标遗传算法对其求解。然后,以SWATH-6A为例对稳定鳍进行了优化设计。从仿真结果来看,在相同条件下优化得到的稳定鳍能使SWATH船具有更好的纵向运动性能。因此,本文的优化方法是合理的、有效的,有一定应用价值。

SWATH交通艇方案设计及其稳性分析

在简单介绍SWATH交通艇初步设计的基础上,对其稳性进行分析,并根据规范做了校核.

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。

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.

沈括号小水线面双体科考船综合航行性能优化

沈括号小水线面双体型(SWATH)科考船由上海泰和海洋科技有限公司委托,中国船舶科学研究中心(CSSRC)自主研发设计。该船总长63.0 m,满载排水量2246.0 t,已于2019年3月份建成交船。该SWATH船型围绕设计要求,应用中国船舶科学研究中心在SWATH研究领域系统研发的最新研究成果,开展了综合优化设计及性能预报工作。本文针对设计螺旋线,介绍了"沈括号"的优化研究设计及优化方案的快速性、耐波性、操纵性评估及预报结果,其优秀的综合航行性能在实船试航及马里亚纳海沟海域处女航中得到了充分验证和展示。

小水线面船的开发和应用

简述了小水线面双体船的性能与应用 ;简介了我国首制小水线面双体船—海关监管艇。着重介绍小水线面双体船的开发与应用。

基于扩张状态观测器的小水线面双体船终端滑模控制

针对小水线面双体船运动控制问题,设计了带有扩张状态观测器的终端滑模控制器。首先,针对小水线面双体船在随机海浪作用下的运动问题,建立了带有系统复合扰动的非线性运动模型;进而,考虑到系统存在的参数摄动和海浪扰动的复杂性、随机性,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计;利用一个线性扩张状态观测器对系统的复合扰动进行估计,并在外环终端滑模控制器中进行补偿;最后,利用Lyapunov理论得到了系统的渐进稳定结论。仿真结果表明,带有扩张状态观测器的终端滑模控制方法能够有效实现小水线面双体船的运动控制,线性扩张状态观测器能够准确估计出系统的复合扰动,且终端滑模控制器能够使系统状态快速收敛。

小水线面双体科考船的舾装设计

小水线面双体船船型本身比较特殊,用作科考船又需要安装多种特种机械设备,它的舾装布置与常规的货船有一定区别。双体船造价较高,而且船上科考人员众多,因此需要对它的舾装设计从经济性和安全性的角度进行探究。文章以某小水线面双体科考船为例,提出了该科考船的功能目标需求,对装船科考设备和起吊设备进行了模块化设计。同时结合总布置和船体结构,在考虑轻量化的基础上对防火分隔系统的布置和材料选型进行了分析。

某游船电力推进系统方案设计

随着电力推进技术的发展,电力推进应用日趋广泛。本文首先概要的介绍了某游船电力推进系统的系统方案,然后针对各分系统设备,如柴油发电机组、主配电板、推进系统、控制系统各种参数确定、选型设计进行了详尽的介绍。

基于零兴波理论的非常规小水线面双体船设计

基于零兴波阻力理论,提出了一种非常规的S曲线形小水线面双体船(SWATH),其片体关于船中对称,单片体有一定艏向偏角.基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程黏流理论对设计进行求解验证,给出了设计的非常规SWATH静水中阻力性能.与常规带有鱼雷体状潜体的SWATH相比,设计的S形非常规SWATH不仅在低航速下(弗劳德数Fr=0.3)具有较低的阻力,在高速下(Fr≥0.8)也具有绝对的低阻优势.

新概念潜浮平台自航模操控系统设计

介绍了所设计的自航模操控系统的硬、软件设计.其中:岸上和自航模间采用上、下位机控制体系,利用无线局域网在上、下位机间进行通信;伺服及执行机构采用成熟的可编程元件,并配备多种运动和位置传感器及报警设备;采用基于Matlab的混合编程技术编写操控软件.结果表明,所设计的自航模可以减小其硬、软件开发的工作量并提高系统的可靠性.系统的开环实验表明,该系统操作便捷、功能丰富且扩展性强,能够反映新概念潜浮平台的操纵性.

小水线面双体船阻力及航态预报方法

为了在小水线面双体船船型设计阶段实现阻力与航态的快速预报,基于Dawson方法,通过船体局部网格快速划分迭代求解船体纵倾、升沉以及不同航态下的湿表面积变化,从而实现提高阻力预报精度和航行姿态的预报。同时针对不同数值处理对计算结果的影响进行了探讨。以排水式Wigley船型为例,将基于改进后Dawson方法的阻力与航态理论预报结果与试验结果、商业软件非线性方法的计算结果进行了对比,对所用理论及网格划分、表面积分等数值方法的选择进行了讨论与验证。运用验证后的理论及数值方法,对小水线面双体船型进行了兴波阻力、湿表面积、航行姿态及总阻力预报,并与试验结果进行对比,可以看出理论计算结果与试验结果在峰值与趋势上都吻合良好。研究表明,在小水线面双体船阻力预报时考虑航行姿态和湿表面积变化所产生的影响是十分必要的。验证了方法对于小水线面双体船阻力与航态的快速预报是可行有效的。

小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析

基于ITTC推荐的CFD不确定度分析规程,开展基于RANS方程的小水线面双体船(SWATH)波浪中纵向运动计算结果的不确定度分析。分别验证计算模型的网格收敛性和时间步长的收敛性,发现相比于网格的疏密,该数值求解模型对于时间步长更为敏感。通过与试验数据进行对比,计算结果基本得到确认,并由此建立了顶浪规则波中SWATH船纵向运动数值计算结果的确认等级。在此基础上,进一步开展了该SWATH船在2个波高多个波长条件下的运动求解,计算结果均与试验结果吻合较好,说明所采用的数值计算模型对于求解SWATH船在波浪中的运动问题具有较好的适用性和可靠性。

改进协同优化算法在船舶概念设计中的应用(英文)

文章介绍了多学科优化算法的发展以及在船舶设计中应用的广阔前景,针对其中的协同优化算法进行了详细介绍,并根据其存在的不足提出了动态罚函数的改进方法,通过对系统级优化问题进行改造,将其转化为无约束优化问题,降低了求解难度且提高了计算精度。对某型SWATH船阻力和结构的优化问题进行了简化、求解,最终结果降低了油耗,表明了该算法在船舶概念设计中应用的可行性。

小水线面双体船螺旋桨脉动压力预报方法研究

小水线面双体船(SWATH)因其优异的耐波性能成为当前重要的高性能船舶之一。针对某SWATH试验船,分别采用经验公式估算方法、CFD数值计算方法和船模试验测试方法对其螺旋桨脉动压力进行了预报分析。结果表明,SWATH船在无空泡状态下螺旋桨脉动压力整体较小,在早期设计阶段可以用常用的经验公式进行初步估算;CFD数值计算方法能满足实际工程需要,为SWATH船螺旋桨脉动压力计算和艉部振动控制提供了参考。

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性时域计算方法研究

为在时域内研究小水线面双体船的运动,基于三维移动脉动源格林函数求解水动力系数,通过频时域转换法求解时延函数,并计入2片体间的水动力干扰、粘性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性时域线性计算方法。比较了在平动坐标系和随动坐标系下求解船体运动方程对运动计算结果的影响,并与频域计算结果和试验结果进行了对比。结果表明:在重心随动坐标系下求解船体运动方程,能够得到更准确的运动计算结果。采用频时域转换法求解时延函数快速高效,在此基础上建立的小水线面双体船耐波性时域线性计算方法能够获得与频域计算结果和试验结果吻合良好的结果。

斜支柱小水线面双体船水动力性能的数值研究

基于三维势流理论并考虑黏性阻尼,计算某斜支柱小水线面双体(I-SWATH)船在波浪中的运动响应.与常规直支柱小水线面双体船和代尔夫特372双体船进行对比,I-SWATH船具有更好的耐波性能.以此为基础,充分考虑黏性条件,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程并结合重叠网格方法,进一步研究该I-SWATH船在静水及规则波中的阻力性能及运动响应.计算结果表明:I-SWATH船存在波浪增阻为负值的情况,并获得了在某种程度上倾斜支柱能够利用波浪能量的结论.

小水线面双体船减摇鳍疲劳强度分析

针对某大型小水线面双体船减摇鳍的两种连接方式,即轴连接式和插入式减摇鳍,分别建立有限元模型,计算应力响应传递函数,确定减摇鳍疲劳累积损伤度,并对比两种类型减摇鳍的损伤特性。结果表明,减摇鳍与小水线面双体船下潜体相交各个部位热点应力较大,容易产生疲劳问题,且轴连接式减摇鳍的疲劳损伤比插入式略为严重,在设计和建造时应对这些部位重点关注。

浸深对高速斜支柱小水线面双体船阻力的影响

以DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)公开的Suboff潜艇模型作为鱼雷体并以NACA(National Advisory Committee for Aeronautics)翼型生成支柱构建了一艘斜支柱小水线面双体船.以此为基础,考虑黏性,通过求解RANS方程,系统地和针对性地研究了浸深分别对高速斜支柱小水线面双体船鱼雷体和整船阻力的影响,揭示了不同航速下各阻力成分与浸深之间的关系.通过研究发现:浸深对高速斜支柱小水线面双体船阻力影响显著,航速越高,浸深对整船阻力的影响越显著;虽然在近水面由于兴波的存在,鱼雷体阻力随浸深的减小而增大,但是整船阻力还是随着浸深的减小而减小.