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高耐波性单体复合船型构型及水动力性能研究

王许洁  
【摘要】:在高性能新船型的研究开发过程中,大力提升舰船的耐波性成为研究人员的共识。哈尔滨工程大学研发出一种单体复合船型,该船型在船体艏部底端加装了由流线型半潜体和一对艏鳍组成的减摇组合附体,在保持阻力性能基本不变的情况下,实现了耐波性大幅提升。本文的工作是在前期研究的基础上,从主船体型线和附体装置两方面对复合船型进行改造设计,开发出阻力性能和耐波性能更优的复合船型,并通过理论计算和模型试验对其水动力性能进行研究。 新型复合船型的构型理念,是在原复合船型的基础上采用深V型主船体提升舰船的耐波性,通过加装艉板装置解决深V船型带来的静水阻力性能下降问题,通过集成深V船型、减摇组合附体技术和艉板减阻技术,开发出阻力性能和耐波性能更优的单体深V复合船型。 基于以上构型理念,以某圆舭船型为母型,进行了深V船型改造,从生成的多个备选方案中选择快速性优良的方案作为复合船型的主船体。根据主船体方案,设计了减摇组合附体和艉板装置的主尺度和布局形式,力求在提高舰船耐波性的同时,尽量减少附体装置对快速性的不利影响,甚至使阻力性能略有提高,完成了新型单体复合船型的构型设计。利用CFD商用软件FLUENT对设计的深V船型和深V复合船型在静水中的航行情况进行了数值计算,通过比较两船型的阻力值和流场特征,检验了深V复合船型的静水阻力性能,分析研究了减摇组合附体和艉板对舰船阻力性能影响的作用机理。 随后,对深V船型V0、加装减摇组合附体的复合船型Va,以及加装减摇组合附体和艉板的复合船型Vaf进行了水池模型的静水阻力试验和耐波性试验,通过各船型试验结果的对比,研究了新构建深V复合船型的阻力性能和耐波性能,分析了减摇组合附体和艉板对快速性和耐波性的影响。 针对传统切片法不能预报所研发的复合船型耐波性的问题,本文基于减摇组合附体和艉板的作用机理,考虑粘性及动升力影响,分别采用横向流理论和RANS方程数值计算方法对相关水动力系数进行了修正,采用STF法对复合船型的纵向运动响应进行了预报。将预报结果与试验值进行对比,验证和比较了两种修正方法的预报精度,给出适合单体深V复合船型的运动预报方法。 最后,采用遗传算法对构建的单体深V复合船型进行了优化设计,以艏加速度为最优化目标,对减摇组合附体的两个重要参数,即半潜体的主尺度和在主船体底部的安装位置进行了优化计算,并对优化方案进行了理论计算验证,为后续复合船型的优化设计工作提供指导。


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