小水线面四体船的兴波干扰预报【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 小水线面四体船的兴波干扰预报 一、 引言 近年来 , 三体船或五体船成为船舶界关注和研究的热点之一 , 而且从概念研究阶段已进入到实用发展阶段。无论是在商用还是在军用上都开始出现了令人瞩目的示范性实船或实验 , 如英国的三体护卫舰“ RV Triton” ( 研究船海神号 ) , 澳大利亚 Australia 船厂建造的三体高速客滚型船 (Benchijigua Express) 等。高速船的兴波阻力是阻力中的主要成分 , 因此有关高速多体船阻力人们已经作了不少的实验研究工作 1- 3。 二、本课题研究的背景及意义 水线面双体船，以深置水下的双下体，小水线面

2、的双支柱和宽敞的上船体三部分组成。这种船型兼容了 潜艇 、水翼艇和双体船的许多优点，同时又克服了这些船相应的缺陷，成为综合性能比较优秀的新船型。小水线面双体船型的大部分排水体积潜入水下，大部分有效容积升离水面，两者的中间用水线面较小的支柱相连，使它具有象潜艇、水翼艇一样的兴波小，受波浪干扰小的特点，又因其船体分成左右两部分，使它还具有双体船甲板面积大，复原力臂大的特点。这些特点的综合效果就表现在该型船舶具有优良的耐波性、宽敞的甲板面积 、较强的生命力和良好的操纵性。这种船型的优良耐波性不仅体现在高海情下的出航率高、晕船率低、失速小，还体现在零航速下的运动响应小，因此许多军用或民用船舶都可以采用

3、这种船型。 超细长多体船型 SSMH（ Super Slender Multihull）已日益引起国际造船界的广泛重视。五体船的研究开发最近几年已成为不少著名国际学术会议如 SNAME、 FAST、 RINA 等的热点议题。五体船的概念最早由英国船舶设计师 Nigel Gee 提出。五体船的基本含意是：一个经过水动力学优化的细长主船体两侧加上四个提供稳性的小浮体（ Outrigger or Sponson），静浮时后侧两个浮体有稍许浸沉前侧两个小浮体的龙骨线位于满载水线之上。国外已有的理论分析和模型试验结果表明 4,5，五体船船型具有如下几个显著特点： 1) 高速阻力小； 2) 适航性高； 3

4、) 稳性较好； 4) 总布置和结构方面具有优势。 作为一种新船型，首要问题之一是快速性，这是评价新船型优劣的基本依据之一。阻力研究途径包括理论计算方法和船模试验研究方法。兴波阻力理论有早期的线性兴波阻力理论和后期的严格满足自由面条件的非线性兴波阻力理论 船舶兴波阻力是船舶在水中航行时 ,由于船体掀起波浪 ,即船行波，产生与船舶前进方向相反的阻力 ,这就是兴波阻力，船舶行驶时，船首对水施加压力，把水劈开而前进，于是就激起了一组随船前进的波浪，这就是首波。船尾在前进时，水中留出了一个低压区，成为波谷，形成了一组由船尾引起的波浪，称为尾波。由于船舶航行时 ,船体兴起了首波和尾波 ,需要能量，形成了兴

5、波阻力。因为它是由于水的压力变化而引起的，所以又叫做压力阻力 小水线面双体船兴波阻力计算可以通过扩展米切尔 (Michell) 瘦船理论得到 . 即通过在船体中纵剖面布置一系列点源 i , 在船体表面布置一系列 偶极子 i ,来模拟船体周围流场 ,然后运用势流理论 ,即可得到船体所受到的兴波阻力 .本次研究的是五体船的兴波阻力计算也可通过展米切尔 (Michell) 瘦船理论得到。 五体船片体的合理布置可以显著地减小阻力，提高航速，节约成本。而船型设计的关键技术之一是其水动力性能 (快速性、耐波性和操纵性 )的预报。而其阻力预报是其水动力性能预报的重要内容。它为寻求设计低阻力优良船型以及决定主

6、机功率、设计推进器等提供依据。因此，寻找可靠、准确的船舶阻力预估方法有着十分重要的意义。在主尺度和船型系数范围确定以后，需要估算船舶阻力 ，比较分析各方案的优劣。利用现行的阻力预估方法建立基于阻力预估的船舶主尺度选优模型有着十分重要的意义。五体船的船型优化对减小其兴波阻力有非常重要的意义。 作为一种新船型，首要问题之一是快速性，这是评价新船型优劣的基本依据之一。阻力研究途径包括理论计算方法和船模试验研究方法。兴波阻力理论有早期的线性兴波阻力理论 6和后期的严格满足自由面条件的非线性兴波阻力理论 三、国内外研究发展 超细长多体船型 SSMH（ Super Slender Multi-hulls）

7、是从 20世纪 90年代开始逐步兴起的排水型高速 船舶 .多体船采用一个贯穿全船的超细长船体为主体（ main hull），主体舷外两侧各布置 1个或 2个小排水量侧体（ side hull），侧体与主体通过连桥相连，形成三体船（ Trimaran）或五体船（ Pentamaran） .超细长的船体使其剩余阻力大幅度降低，船长增加对改善耐波性有利，而甲板面积小和稳性不足的问题可以通过多体结构来解决 .从已公布的资料来看，多体船在稳性、快速性、耐波性等方面具有一定的优势 .目前对三体船和五体船的研究刚起步不久，基本上还处于理论研究阶段，主要是研究多体船的水动力问题和船型优化 .实 船方面，以英国

8、海军建造的三体试验舰“海神号”最为有名，而五体船尚未见实船建造的报道 .多体船的开发设计除了要解决它的水动力性能之外，还有一个极其重要的问题，即推进系统的合理配置，如何为这种新颖的船型配置一套高效、合理、经济的推进系统是造船界十分关注的问题 . 四、本论文主要的工作 （一）先对“薄船”、数学船型等这些概念进行了解， （二）选择合适的兴波阻力理论定义本文中船舶阻力表达 （三）接着以 Michell 积分公式为基础，用简单的数学函数表达船型，进而推导得出片列五体“薄船”的兴波阻力表达式。 （四）用五 体船作为研究算例，计算其兴波阻力，研究片列位置对兴波阻力的影响。 五、 参考文献 1 Amedeo

9、 Migali, Salvatore Miranda, Claudio Pensa. Expermiental study on the efficiency of trimaran configuration for highspeed very large shipsC/ FAST 2001: 4th- 6th September 2001, Southampton, UK, 2001. 2 Insel M, Molland A F. An investigation into the resistance components of high speed displacement cat

10、amaransZ. !1991 The Royal Institution of Naval Architects, Transactions, 1991. 1- 11. 3 Molland A F, Wellicome J F, et al. Resistance experiments on a systematic series of high speed displacement catamaran forms: Vartiation of length- displacement ratio and breadth- draught patioZ. !1995 The Royal I

11、nstitution of Naval Architects, Transactions, 1995. 55- 69. 4 Nigel Gee, Edward Dudson, Hans Steiger. The Pentamaran-A New Hull Concept for Fast Freight and Car Ferry Applications. http:/www.ngal.co.uk/downloads/ techpapers/paper9.pdf 5 Nigel Gee . Applications of the Pentamaran Hull Form for Fast Sealift and Freight Applications. http:/www.nsrp.org/panels/pdmt/downloads/pentamaran_hull_form.pdf 6 李世谟 兴波阻力理论基础 北京：人民交通出版社， 1986 7 刘军，易宏，小水线面双体船兴波阻力特性研究。武汉理工大学学报， 2010 年 2 月。 8 贺俊松，陈震，肖熙 ,五体船兴波阻力特性的理论与试验研究 .中国海洋（岸）工程学术讨论会论文 集 .