1、 毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 小水线面四体船兴波干扰预报 一、引言 船舶快速性包含船舶阻力和船舶推进两方面。研究船舶航行中的阻力问题对改善船舶快速性具有重大作用。经过多年的发展，关于船舶阻力研究的手段和方法越来越多，内容越来越深入，准确性越来越高，其对船舶设计和建造的贡献也是越来越突出。 船舶阻力问题是船舶发展史中一直为人们所重视的一个问题 ， 为了研究的方便 ，人们对船舶的阻力进行了各种分类 ： 根据阻力产生的成因可将其分为粘性阻力和兴波阻力两类 。对于给定航速，粘性阻力与船舶湿表面面积成正比，但船体湿表面面积受到设计用途和船型参数的限制不易改变或改变不大，而在一定的弗汝德数范围内，兴
2、波阻力对船型的变化相当敏感，如适当的修改船体型线，可使兴波阻力显著降低。因此，用理论的、实验的以及计算的手段探讨兴波阻力的机理，预估实船的兴波阻力，并以此改造优良的船型，一直是船舶阻力和性能研究的中心内容之一。 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，形成了兴波阻力。因为它是由于水的压力变化而引
3、起的，所以又叫做压力阻力 百度百科 。行船后面有波浪，波浪的大小与船体的几何特性有密切的联系，搞清这个关系是很有价值的 .从理论上讲，当速度趋于零时，通常在有限速度下预言的兴波阻力公式并不适用，也就是说这些方法的数学解在速度趋于零时不是一致有效的 1。随着船舶向大型化、高速化方向发展，航道对阻力的影响也日益突出 2。由此可见，兴波干扰已经成为了一个比较 热门的话题。 二、本课题研究的背景及意义 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 T
4、riton” ( 研究船 海神号 ) , 澳大利亚 Austal 船厂建造的三体高速客滚型船 (BenchijiguaExpress)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 3-5。SWATH（小水线面双体船）是 以卓越的耐波性著称的一种高性能船型 ,但与常规单体船相比 ,其较高的阻力和较大的结构重量在一定程度上限制了它的广泛应用 .不少研究者在 SWATH 的船型优化方面做了许多有益的工作 ,并取得了颇为丰硕的成果 ,然而线型优化导致的复杂形状给建造工艺与成本带来了不利影响 ,而且阻力的减小量也是相当有限的 .减小阻力并提高快速性的另
5、一个有效途径是采用多体船方案 ,20 世纪 90 年代洛克希德马丁公司导弹与空间技术分公司 (LMSC)推出的小水线面四体船“ SLICE”号就是其代表作之一 6 。正因为船舶的大发展方向就是大型化和快速性，此 类船舶的兴波阻力所占比重较大，而多体船更是其中的代表，因此，我们研究多体船的兴波干扰预报，还是有必要的。 而我们本次课题研究的，就是小水线面四体船的兴波干扰预报。而对于这一类研究，我们基本上都是采用船舶模型试验来完成。 从目前发表的关于 SWATH 阻力性能研究的文献来看 ,研究对象主要是直支柱SWATH 船 ,研究的方法基本上是采用薄船理论兼或边界层修正的方法 7 。同样的，我们在进
6、行计算的时候，也可以对这种方法来进行借鉴。在翻阅了部分的文献和书籍后 , 用薄船理论计算多体船的兴波阻力，探讨多体船侧体之间兴 波干扰目前不失为一种简便、可行的方法 8 。 合理的船型设计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
7、有着十分重要的意义。 三、国内外研究发 展 世界上的船体研究很大一部分程度上都转向了多体船 ,由于资料有限 ,我们就以美国海军“司莱斯”的研发历史来加以借鉴。 回顾该船是由洛克希德 马丁集团按美国海军研究署 (ONR)的先进技术演示开发计划 (ATD)和投资，从 1993 年起开始了研究设计模型试验工作，其试制建造工作则由夏威夷太平洋海事服务公司承担，并与 1994 年末在其珍珠港船厂 41 号船台上开工建造，两个公司签订了合作协议。因为太平洋海事服务公司下属的纳夫台克船舶公司曾于1990 年和 1993 年先后完成设计建造了两艘旅游观光用的小水线面船，交付给夏威夷的皇家 游船公司投入营运，分
8、别被命名为 “ 纳夫台克 -1“号和 “ 纳夫台克 -2“号，分别为载 430 客， 18 节， 43.0 米长和载 150 客， 23 节， 25米长的船，该公司成为美国著名的小水线面船的开发研制单位。在参予 “ 司莱斯 “号合作设计建造中充分发挥了其太平洋海事服务公司设计、建造、营运统筹的小水线面船舶专业技术特长。根据小水线面船在军用和民用方面都可能有广泛的应用，两个公司协议中曾明确洛克希德 马丁集团保有军用和政府公务用船的市场，而太平洋海事公司则保有商船经营权。该船开发总投资约为 1430-1450 万美元。美国有关媒介认为 ，比起其它国防上亿美元的投资项目，这个千万级美元的投资是有限的
9、，却获得军民共享的技术成果。从 1993 年起概念设计， 1995 年末开工， 1996 年 11月下水，到 1997 年完成建造开始试航，共花四年时间，进展颇为迅速。 1998-1999 年间继续进行扩大的功能试验中包括军转民的试验，并且宣布若以此平台建造为 300 座旅客渡船需 800-1000 万美元，与常规渡船造价不相上下。有人预测不久可乘此类型的渡船从纽约长岛到大西洋曼哈顿或到泽西岸滩去，不少水上客运公司都在跃跃欲试 百度 。 四、本论文主要的工作 (1)将赵连恩教 授的错列四体薄船兴波阻力的表达式RWtrit=1)12c o s (12)12c o s ()(4)12c o s (
10、1)(212c o s (1)(2422202020222021 222 dkCkCJJIIkCJIkCJIV gDODODODDDOOO 线性化。 （ 2）找到一条现有的小水线面四体船，但是必须是瘦长的“薄船”，取其型值数据，代入到线性后的表达式，进行计算。 （ 3）对计算结果进行整理。 五、总结 小水线面四体船是目前较为先进而且也是大力研究的方向，较之双体船，它的阻力更低，快速性更高。本次的课题研究让我对这样一种现在还鲜为人知的船体进行了一定的了解，让我知道了它的兴波阻力是如何预算的。在对其计算的过程中，也让我对高数进行了一遍更深刻的理解，同时，也让我对四体船有了一个更立体更直观的认识，也
11、明白了 为什么称之为四体。 六、参考文献 1 潘伦胜 ;；庄业高； 低速船舶兴波阻力的分析与计算 1984 年 02 期 2 肖人彬；罗云峰；董文良 浅水船舶兴波阻力特性的理论分析 1991 3 Amedeo Migali, Salvatore Miranda, Claudio Pensa. Expermiental study on the efficiency of trimspeed very large shipsC/ FAST 2001: 4th- 6th September 2001, Southampton, UK, 2001. 4 Insel M, Molland A F. A
12、n investigation into the resistance components of high speed displacement catamaransZ. 1991 The Royal Institution of Naval Architects, Transactions, 1991. 1- 11. 5 Molland A F, Wellicome J F, et al. Resistance experiments on a systematic series of high speed displacement catamaranforms: Vartiation of length- displacement ratio and breadth- draught patioZ. 1995 The Royal Institution of Naval Ar-chitects, Transactions, 1995. 55- 69. 6 方斌；高霄鹏； 董祖舜；小水线 面四体船的阻力特点分析 2003 年 01 期 7 韩端锋； 王庆； 黄德波； 直 /斜支柱 SWATH 的兴波阻力预报 2004-08-24 8 刘昌明； 李云波；李裕龙； 三体船兴波阻力计算方法比较及兴波干扰研究 2009年 05 期
