重心纵向位置及排水量对双断级深V型艇阻力性能的影响_李仁常
纵倾调整对三大主力船型航行性能的影响
第 40 卷第 2 期 2021 年 2 月Vol. 40 No. 2 Feb. 2021ISSN 1006 -7167CN 31 -1707/T宝參生科弦占摇虑RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYDOI ： 10. 19927/j. cnki. syyt. 2021.02.004纵倾调整对二大主力船型航行性能的影响宋磊1，，童骏3，孙江龙1，(1.华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉430074 ；2.船舶数据技术与支撑软件湖北省工程研究中心，武汉430074 ；3.武汉第二船舶设计研究所，武汉430064)摘 要：以3艘典型海洋运输主力船型(13 500TEU 集装箱船、46 000 t 成品油轮和 47 500DWT 散货船)为研究对象，分别讨论其在结构吃水、设计吃水、空载吃水3种 装载工况下纵倾调整对航行所需主机功率的影响。
采用试验的方法获取缩比模型阻力并换算至实船主机功率，比较同一载重不同纵倾下主机功率相对平浮增减值。
结果表明：三大主流船型纵倾姿态调整对主机功率影响显著，不同载重工况下将船 舶调整至最佳纵倾工况主机功率有3%〜4%的降低空间。
基于最小航行阻力原则在实际运营时可将船舶调整至对应纵倾姿态。
关键词：三大船型；纵倾调整；主机功率中图分类号:U 661 文献标志码:A文章编号：1006 -7167(2021 )02 -0018 -05Influence of Trim Optimization on Resistance Performance of Three Main Ship TypesSONG Lei 1，, TONG Jun 3, SUN jianglong 1，(1. School of Naval Architecture and Ocean Engineering , Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074, China ； 2. Hubei Provincial Engineering Research Center of Data Techniques andSupporting Software for Ships ( DTSSS ) , Wuhan 430074 , China ；3. Wuhan Second Ship Design and Research Institute , Wuhan 430064, China )Abstract : Taking three typical ocean freight main ship types ( 13 500TEU container ship , 46 000 tons product tankerand 47 500DWT bulk carrier ) as the research object , the trimoptimizationof three loading conditions of structural draft , design draft and ballast draft are discussed , respectively. The test method is used to measure the resistance of thereduction model and convert it to the power of the main engineof theship. The relative increase and decrease of the power of the main engine under the same load and different trim state are compared. The research results show that , the trim adjustment of the three major ship types has a significant effect on the power of the main engine. Under different loadconditions , the ships power is adjusted to the optimal trimming conditions. The main engine power has a 3% 〜 4% reduction space. During operation , the ship can be adjusted to the corresponding pitch state.Key words : three major ship types ； trim adjustment ； monitor powero 弓I 言收稿日期：2020-06-03基金项目:国家自然科学基金项目(51679097)海洋运输是一种经济有效的运输方式,其具有载作者简介:宋磊(1991 -)，男，湖北武汉人，硕士，实验师,主要研运量大、运费低廉、天然航道等优势，国际贸易总运量■向为船舶实验技术。
基于CFD的多用途船纵倾优化
基于CFD的多用途船纵倾优化李宝明【期刊名称】《《武汉船舶职业技术学院学报》》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】6页(P116-121)【关键词】多用途船; 阻力性能; 纵倾优化; 数值模拟【作者】李宝明【作者单位】大连中远海运重工有限公司辽宁大连 116113【正文语种】中文【中图分类】U6611 引言随着全球环境问题日益严重，船舶节能减排的概念逐渐受到重视。
航运业是全球温室气体排放的重要组成部分，约占全球二氧化碳排放量的3%，NOX排放量的14～15%，以及SOX排放量的16%[1]。
航运业在全球经济中也扮演着重要的角色，据估计，世界贸易货物中近90%的是由船舶运输的。
与铁路和公路运输相比，船舶运输具有最小的二氧化碳排放量((gCO2/ton·km))[2]，目前是减少排放最好的运输选择。
船舶作为主要的运输方式，根据自身的特点，采取相应的节能措施，已成为航运公司不得不认真考虑的问题。
目前对于已经运营的船舶，IMO船舶能效管理计划[3]提出了几种船舶节能的相关方法：优化船体线型与设计新船型、增加高效废热回收系统、使用较低的航速航行减少燃油消耗率、螺旋桨附近增加节能装置、以最佳纵倾角度航行等。
IMO温室气体报告和石油公司国际海洋论坛(OCIMF)关于减排措施的研究报告中，所有关于船舶能效的参考标准，都将船舶纵倾优化的措施推荐为最有效的节能方式，是提高能源效率以减少排放的有效运营措施。
国内外对计算最佳纵倾以达到装载优化进行了广泛研究。
Salma Sherbaz[4]对MOERI集装箱船航行装载优化进行了分析，计算结果验证了不同纵倾条件对船舶阻力的影响，通过对比分析，最佳纵倾为尾倾0.2m，有显著的节能效果。
对粘性和兴波阻力成分的分析研究表明，粘性阻力随着纵倾变化而略有变化，而纵倾主要引起船舶兴波阻力变化。
宋磊[5]等以180000DWT散货船为研究对象，应用两种湍流模型对不同倾角下的船舶阻力进行数值模拟，并使用相同工况下的船模试验与计算结果进行对比分析，得出研究船型减小船舶阻力的最佳船舶纵倾角，通过不确定性分析验证了数值计算的合理性。
滑行艇体的受力和强度（一）
滑行艇体的受力和强度（一）滑行艇傩翁受力和强度朱珉虎(江苏省船舶设计研究所江苏镇江212003)符号表口一加速度G0--/J~,艇重心处的加速度B一计算宽度.在滑行艇上常指折角线最大宽度/mB一4号理论站处艇底从一舭至另一舭的周界长度/mB10--10号理沦站处艇底从一舭至另一舭的周界长度/mBl6--16号理论站处艇底从一舭至另一舭的周界长度/m一艇的载荷系数,;.Cf一重心E--杨氏弹性模量/MPa厶一排水量因子F广首部艇体浮力/NF.一尾部艇体浮力/NFr一排水体积傅氏数g一重力加速度H1/3一(设计)有义波高/m卜一重心距断级(断级艇)或船舯(无断级艇)的距离/m,舯后为负;舯前为正L一艇的水线长/mM一弯矩/l?mm.一艇体的有效质量/t一首部冲击时,艇体的冲击相当质量/tm一中部冲击时,艇体的冲击相当质量/tN一剪力/lP一惯性力/Np1()一艇底平均斜升角小于15.的艇底板架计算压力/Pa;括号内z为板架在艇长方向上长度中点的坐标P2()一艇底平均斜升角大于等于l5'的艇底板架计算压力/Pa; 括号内X为板架在艇长方向上长度中点的坐标P3()一艇底纵骨和艇氏外板的计算压力/Pa;括号内为该构件在艇长方向上长度中点的坐标P.一波浪对艇体的冲击力/NPt~一尾部水动力/N一作用于艇体上的最大冲击力/NR一对通过小艇重心横轴的惯性半径/mr一冲击力对小艇重心的力臂/m卜一板的厚度/cm一小艇的全速/m/s一静水设计航速/m/s'小艇的重量/Y.Ⅳ=△g1/2OO6【中外船舶科控≤:一理论站号一重心离尾板的距离/mG一重心垂向位移/m斜升角/(')卢4—4号理论站处的艇底平均斜升角(')fllo--10号理论站处的艇底平均斜升角(')一站距.;L/20=0.05L△一艇之排水量/t一排水体积/m3一动载荷系数.叉称惯性系数,相当于冲击力产生的加速度与动加速度的比值一艇在平静水面的航行纵倾角/(.)p一水的密度Ikg/m3一弯曲正应力/MPa钆一材料的断裂强度/IV~a一一实际压缩应~/MPa一材料的临界应力/MPa一材料的欧拉应力/MPa.一材料的屈服强度/MPar一剪切应力/Mea乒一平均纵剖面的切线与水平线的夹角一艇体纵向角位移/lad艇在波浪中的航行纵倾角/(.)#一折减系数,取值范围0≤f≤11作用在艇体上的力小艇在水面上航行时艇体上所承受的力与普通排水型船一样.由于重力和浮力在长度方向上分布的不均匀性,艇体将受到总的纵向弯曲力的作用和局部弯曲力的作用.显然,滑行艇体应当完全满足对排水型艇体强度的一般要求.值得指出的是,对一艘小艇来说,当它在水面上高速滑行时.艇体上受到的力要比排水航行时大得多,因此按滑行艇体强度标准设计的小艇,满足排水航行时总纵强度的要求应当是不成问题的,至于局部强度的满足.则由设计师根据载荷分布的特点加以酌情处理.当滑行艇全速行驶时,吃水显着降低,而尾纵倾有很大的变化.由于艇底上水动压力的作用,艇体被抬出水面,结果小艇的运动阻力减小,速度提高.艇达到滑行速度盾,艇底首部区域露在水面之上,由于不断地遭遇波浪.艇体的这部份区域就受到周期性巨大冲击力的作用.滑行时作用到艇上的力有(见图1):①水动载荷就是艇体受到速度较大的大量流体冲击时产生的水动冲击力,以P.表示;②惯性力水动冲击力产生运动加速度(沿着力的作用方向)和绕艇重心回转的加速度,抵抗这种加速度的力称为惯性力;③重力小艇本身的重量(单位:N);④举力艇底上的水压力,包括浮力和水动压力,此力与重力相平衡.当小艇滑行时,作用在艇体上的平衡力系由水的冲击力,惯性力,重力和举力所组成.所以快艇艇体总纵强度计算是基于动载荷作用,而不是象普通小艇那样以静水载荷为基础.高速艇强度计算的特征之一就在于此.取小艇逆浪全速行驶时所产生的,作用于艇体上的最大冲击力作为计算力.惯性力是在艇体受到波浪拍击后产生加速度时才存在的.1.1惯性力的计算公式若把力P.叫引至小艇的重心上,那么在波浪冲击时艇体上受到的作用有:①力Po一作用在小艇的重心上,方向向上,与艇体的基线成角.此角的确定方法如下:取距纵中剖面BI4处的纵剖面作为平均纵剖面.在艏1站横剖线与B/4纵剖线交点处作此平均纵剖线的切线,冲击力位于该点且垂直于该切线的法线方向,此切线与纵向轴线的夹角(图1中.4/3线即为纵向轴线)即为角.此力在它的作用方向上引起位移加速度,其值等于:口.=(1g1)口.【②力矩M是力图使小艇艏部向上的力矩:M;P..r(2)此力矩引起艇绕重心的回转加速度,其值等于:口4了Mg(3)口4了-(3)式中:r—P力到小艇重心的距离;一小艇的重量(相当于排水量,单位为N);J一转动惯量,3=W?R;R一惯性半径.!蕊辫基#一一并藉,30-FJ""图1断级艇的受力分析离重心距离为的任意艇横剖面上的合成加速度为: =口o+(24(4)对于重心向艏的剖面,为正值;而对于重心向艉的剖面,其为负值.加速度口引起的惯性力是:=(++蚕)_(5)式中:一距艇重心处的重力载荷.必须指出,惯性力是由动载荷引起的.没有动载荷就没有惯性力,任一剖面上的惯性力等于它本身的重量乘以该剖面处的动载荷系数,而这个动载荷系数在全艇各处是不一样的.据上述,为求得作用在艇体各剖面上的惯性力,必须求得各剖面处的动载荷系数: ='Wr=(cos+r)(6)1.2求重力和举力的公式1)重力艇体精行时产生纵倾角,重力是垂直于水平面的,计算时要如同波浪冲击力P那样把它投影到艇体的z轴上,形成该剖面的计算载荷Q:Q=cos+Px=~xcos30十(7)西曼斯基认为,最危险的情况发生在=30时,所以取3作为计算纵倾角.此角即为艇在静水中高速滑行时的航行纵倾角.于是重力等于该站横剖面处的重量(单位为N)乘以cos30.于是包含重力的动载荷系数可表达为:==cos30cos30+啦(8)十啦L由(6)式知,动载荷系数相当于冲击时产生的加速度与重力加速度的比值:啦iax(9)2)举力断级小艇的举力用两个集中力表示,一个是在断级区域内,另一个在艇体尾端上.显然,按照力的平衡条件,举力的总和应等于小艇的重量.而且它们的合力应在尾板至断级的区间内.LpWcos30(10)n十Lt=wc0s3,_(11)式中:L.一断级区域产生的举力(含浮力);山L一艉板区域产生的举力(含浮力);n一断级区域举力距重心的距离;b一艉板区域举力距重心的距离.为今后计算方便,力L和L取为按三角形分布的载荷,作用在邻近断级和艉端底部等于2A的区段上.这样处理后,当进行小艇剖面内受力计算时,上述力就以分布载荷的纵坐标出现,其值相当于L./△和L/△.这些力的纵向位置就在离断级和艇尾端距离为△处的艇体剖面上(见图1).此处△为计算站距,计算要求把水线长L分成20等分(自艏向艉编站号:O～2O站),故△=L/20=0.05L.无断级艇的举力是以艇底浸湿长度1上线性分布的载荷表示(图2),分布载荷的合力应当等于小艇的重量.并且通过它的重心.为此,这分布载荷两端的值取为:,'TT,Yf=(3工g一1)cos30(12)','TI,Y=(2卜3xg)cos30(13)\.:上—::弋.,ri=}专■1…一I';一3e+a.Vf'1图2无断级艇的受力分析式中:一浸湿长度首端分布载荷的值(相当于首纵坐标);一浸湿长度尾端分布载荷的值(相当于尾纵坐标);1一艇底浸湿长度;计算方法见滑行艇水动力计算部份:3一计算纵倾角.至于中间的分布载荷纵坐标值可采用线性插值法或作图法求得.经过上述分析处理之后,由波浪冲击力产生的惯性力,重力和举力,以及由此引起艇体剖面上的弯矩和剪力都可以象计算常规排水型船体强度时那样准确地加以计算出来.在计算滑行艇体总纵强度时所遇到的最大困难就是作用到艇底上的冲击力P—O的决定,因而这个问题下面要较详细地讲述.1.3波浪冲击力的确定波浪冲击力的数值会超过小艇重量的若干倍,同样,艇底上的压力不仅超过静水压力几倍,而且也超过滑行时最大压力数值若干倍的说法也是正确的.在艇底上受到的波浪冲击很大,很强烈,以至在个别情况下,这种冲击限制了小艇在该海况下的最大速度发挥.为了减小波浪的冲击力,有时甚至不得不把小艇的速度降低一些,因为这不仅使艇员很难忍受,而且对于艇体的局部强度和总强度,以及艇上设备的完好性也是危险的.从制订强度标准的观点看.艇底上水压力的分布问题是十分重要的.为了保证小艇艇体最小重量下有足够的度,很多国家的科学工作者都注重小艇对波浪技冲击的物理现象和理论计算的研究.应当指出,无论是理论成果或者是试验资料,大部分都是从水上飞机降落到水上,而不是对小艇的研究中得到的.但从冲击的观点看,水上飞机到波浪上的降落与滑行艇对波浪的冲击的区别仅仅是垂直速度较大一些,以及降落时有同时冲击到尾断级和中部断级的可能性而已.研究的结果说明冲击现象十分复杂.冲击的大小和它的持久性与艇的运动速度,波形和波浪的运动速度,小艇的质量和它在长度方向的分布,冲击处的艇底外形与弹性等有关.'水上飞机降落时的冲击理论的奠基者是德国的研究者B.巴伯斯德(1938)和r.瓦格那尔(1930)两人.他们经过理论上的探求之后提出了计算底部压力的公式.同样地,渡边在他的锥体落到水中的试验里也进行了冲击现象的研究.图3冲击力计算示意图冲击理论是研究对称的等剖面物体垂直降落的机理.当物体下沉时,它要把水向下和向四周排挤开去, 物体上就受到了从液体来的反作用力.被排挤的水沿着物体侧面上升时冲击表面就增加了.若忽略除惯性力外的所有的力,那么根据物体和液体的动量方程式. 就可以按下式来求取冲击力P.:2.,P.=F.…dm1(14)1,,,',【t+厂0c式中:m一物体质量;一物体上的附连水质量;V o一垂直降落的初速度(与水接触时物体的速度);c一冲击(瞬间)宽度之半C=B1/2;U一下沉速度与冲击面半宽扩大速度的比值:(c)(15)其中:一物体接触水后,在该段时间内的瞬间速度;t一时间.在冲击理论里,若横剖面形状能用解析式表示.函数就可以用近似方法求得.例如对横向斜升为平面的剖面形状:(s)=协卢(16)这里s为无因次宽度:CBl百,|l,/拳Ill,II},IIl,LI1.\lll\,~-lS*,曼-22.5舞(17)图4动载荷系数曲线其中:B一楔形块的宽度(见图3),在小艇上指折角线宽度;Bl一浸湿宽度.若将冲击力表达为无因次形式,则得到重心处的动载荷系数:..上(18)17.'.(18)式中:;m/m动载荷系数的确定对于水上飞机的浮舟和滑行艇的强度计算是非常有用的.从对水上飞机浮舟的多次试验中得出这样的结论:当平面横向斜升的底部向波浪冲击时产生的动载荷最大值或最大冲击力是在一定的冲击浸湿宽度下才存在的,这个宽度是与荷重(指小艇排水量△),冲击的浸湿长度l和横向斜升角口有关.图4列出了具有平面横向斜升舯横剖面艇体重心处的动载荷系数随载荷系数C和斜升角变化的曲线.动载荷系数用17o+l表示,若冲击力等于O,则动载荷系数等于1.就是说,从水里来的反作用力等于小艇的重最.从图中可见,动载荷系数随着斜升角的增大lL墨o-—l彳o+l-垡=2.5,_■.:【'一.量JII''I,TII一一1ll一一.-r^ta)无断级艇在6级浪中e,.+1),:兰.B5."=日.65—r,一,1.O,I—n'一-e:2'I?l;j量●b)断级艇在5～6级浪中图5实艇在海浪中测得的动载荷系数分布曲线而减小.当斜升角大于30.后,动载荷系数降低的差数非常小.另据试验表明,当较小时(小于1),同一斜升角下.剖面的折(弯)曲(角度不大,包括成圆弧形状) 并不对动载荷系数的最大值起显着影响.,从滑行艇模型上测得的动载荷系数的数据中,说明动载荷系数在波浪高度增大时,以及重心向艏部移动时都有增长.同时,断级艇的动载荷系数比无断级艇大1596～2596(两种模型具有相同的中部横向斜升).从真实的无断级艇和有断级艇上量得的动载荷系数在小艇长度上的分布示于图5中.从图中可见,动载荷系数的最大值是在首部处,从首向尾,动载荷系数显着减少.有了动载荷系数就有可能寻求冲击力的变化规律.若动载荷系数曲线作出后,小艇上加速度分布的数值和特征的概念就很清楚了.从水上飞机在波浪上降落的试验中确定了冲击的平均持久性不超过0.25S,同时冲击力的增长时间为0.15s;冲击的最低持久性达0.12s.动载荷系数的最大值可由下式决定:....65声.丁1-~---,/0.06u(s),『pg/23Bl百2T-/ogB(19)(20)出,l1+0.8-7-I高ItT+7oo』.=【1+)gB厶(22)式中:B一物体的最大觅度(见图3);B1一冲击力最大值时,物体被水浸湿部份的宽度;"O0一物体下落速度;一物体横向斜升的平均角度;一冲击长度,等于物体的长度.对于平面横向斜升形状的物体,剖面形状的影响系数可按(16)式计算.将这些式子应用到小艇上,于是可求得水的最大冲击力:一o.'26.644声.—1-fl---fO.O6u(s)(23)当物体的下沉使它的浸湿表面宽度Bl达到下列值时,水的冲击力为最大值:Bl==B=0.228(24)公式(23)中的系数j5可按(21)式计算,或由表1根据B./的比值查得.在物体为平面横向斜升形状时,无论龙骨是否有不大的圆弧,角度口总是取横向斜升角度,而数值" (s)按(16)式计算.在物体为曲面横向斜升时,"(S)和的值取决于计算冲击力时物体浸湿表面的宽度.Io.A.西曼斯基提出的方法如下:将物体浸湿半宽B1/2分成若干等分段(图6),且令该图中所示的角度符号卢l,卢2,…,表示物体曲面剖线在各分段上的倾斜度.任意n分段端处的数值"(s)可由下式算得:,'(s)=(口ltanl+口2tan2+A+CIntan)(25)式中a1,a2,…,a为取决于分段数的系数.各种值的系数列于表2.表1系数j5值B1/t00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.0j510.900.830.770.720.680.650.620.580.550.520.480.440.410.390.36 当"(s)求得之后,则该端点处的斜升角卢就由下式求得:&rctan号"(s)(26)若利用根据水上飞机降落时水的冲击理论求得的公式(23)来计算滑行艇底部的冲击力时,还要作一些合理的假设:I披表2系数a的值!!456.789100.1350.8650.1350.1200.7450.1350.1200.0840.6610.1350.1200.0840.0610.印00.1350.084 0.061 0.047 0.553 0.135 0.120 0.084 0.061 0.047 0.O36 0.517 0.135 0.12O 0.084 0.061 0.047 0.036 0.032 0.485 0.135 0.120 0.084 0.061 0.047 0.036 0.032 0.025 0.460 0.1350.0840.0610.0470.C360.0320.0250.o240.4361)冲击区域内的平均纵剖面通常取距纵中剖面B1/4处的纵剖面;当平均纵剖线1站处切线的倾斜角相当大时,可以取距纵中剖面B1/4处的纵剖面作为平均纵剖面(见图6);图6平均纵剖面和卢角的计算2)对艇体纵总强度最危险的波浪冲击位置在于:艏部受到的冲击,它引起艇体的中垂弯曲,即甲板受压,底部受拉;断级受到的冲击,它引起艇体的中拱弯曲,即甲板受拉.底部受压.对于无断级滑行艇,此位置位于小艇长度的中点.为了简化和统一强度计算的规则,对艇体首部受到的冲击位于离首端L/20的距离上,即首部第1站线的地方;对断级受到的冲击位置是在离断级站线向首1 站的位置上;3)小艇冲击位置的计算重量按下式计算:1w(27)H4)冲击长度z取为2△,即相当于L/IO;并且假定这种冲击力在冲击长度上按三角形分布(见图7),于是有P.=寺?2zX;该力的方向垂直于波浪冲击处平均纵剖线的切线,计算强度时要投影到d,NN向轴线的垂直方向上,故有:Y=c0s(28)5)冲击的计算速度.按下式计算:.V.sinjI+0.3√Lo0sjI(29)于是,公式(23)演变成适用于滑行艇的形式:oM2陌.1--/L-~(s)(30)宽度B1可由下式计算:图7力在冲击长度上的分布B1=0.721(31)若按上式算得的Bl大于B,那么宽度Bl就取为B.因为在此情况下,波浪冲击力已达舭部进入水中时的最大值.(未完,待续)。
15米超高速摩托艇开发设计
15米超高速摩托艇开发设计摘要：本文介绍了15米超高速摩托艇的优化设计过程，重点从艇的主尺度、线型、总布置及外形、结构设计以及动力系统选型方面进行了详细论述，为该型艇后续批量设计和建造提供了依据。
关键词：优化；主尺度；线型；动力系统0 引言该艇本艇为一型带双断级的全折角深V 滑行艇船型，采用半浸桨推进装置推进，主船体及甲板均采用玻璃纤维增强塑料建造。
本艇主要用于沿海海域日常巡逻执法、处置突发事件、交通等勤务。
目前已向某单位交付多艘，并使用多年，获得了用户的一致好评。
1主尺度设计1.1艇长本艇设计的傅氏数Fr~2.31，属于高速船范畴，且处于高速滑行状态的滑行艇。
增加艇长，可有效改善阻力，因此在满足设计任务书要求的前提下，兼顾总体布置的基础上，尽量增加艇长。
1.2型宽型宽在一定航速下，型宽小的艇快速性能明显优于型宽大的艇。
该艇的型宽设计首先以满足机舱布置和稳性（该艇稳性要求按沿海航区及结冰航区校核）为前提，尽量选择小型宽来改善阻力性能，同时控制型宽吃水比，改善横摇性能。
1.3型深型深对稳性及适航性有较大影响，型深过高对稳性不利，太低对布置不利，综合考虑该艇型深在满足稳性和底舱布置，并保证规范要求L/D≤17，B/D≤2.5的前提下。
本船L/D=7.9，B/D=1.75，满足规定要求[1]。
1.4排水量该艇排水量小，航速性能受排水量变化异常敏感，因此控制重量及重心是该艇设计中一个首要问题，本着“以轻代重、件件不漏、设备从简”的原则，开展本艇的设计建造工作。
该艇最终确定的主要参数如下：总长:15.49 m；型宽:3.41 m；型深:1.95m；设计排水量: ~14.9 t；最大航速:52 kn；续航力:250 n mile；航区:沿海航区。
2线型设计2.1艇型考虑到本艇的航速较高尺度较小。
该艇设计为前倾式艏柱，单体，折角带双断级的全折角深V滑行艇船型。
深V型船体有着较大的底部横向斜升角，使得其横摇轴更接近于艇的重心纵向位置。
船舶阻力船型对阻力的影响PPT课件
• Fr>0.4的高速水面舰船多采用方尾， 特别是快艇和驱逐舰均采用方尾，故 也称之为驱逐舰式船尾。
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• 4、经验公式确定棱形系数
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二、船中横剖面系数的影响
• 1、对阻力的影响 • 根据泰洛试验结果知，Cm很大的范围内
变化，不但对湿面积影响不大，即对摩擦 阻力影响不大，而且其剩余阻力的差别也 很小。 • 2、 Cm值的选取 • Cm值的选取实际上是取决于方形系数，高 速船由于希望有较小的Cm值。
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三 方 形 系 数 对 阻 力 的 影 响
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§5-4 横剖面面积曲线形状的影响
一、浮心纵向位置的影响
• 浮心纵向位置即横剖面面积曲线所围面积的 形心纵向位置。
• 它表示排水体积对于船中分布不对称的程度 。浮心离船中越后，表示船尾部越肥，船首 部越瘦；反之，浮心离船中超前则表示尾部 越瘦，首部越肥。
又称修长系数，
表示船舶的瘦长程度。该系数大，意味着
同样船长范围内分布着更多的排水量。它
包含排水量和船长两个变量。
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1、排水量一定，修长系数减小对阻力的影响 1）对摩擦阻力的影响
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2）对剩余阻力的影响
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3）对总阻力的影响
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选择船长必须考虑：
有力于减小纵摇和升沉运动，可增加甲 板面积，有利于甲板机械的布置，也比 较美观。目前多采用。
静水中AHTS操纵特性探析
静水中AHTS操纵特性探析◎ 王续仁1 吴屯彪21.中海油田服务股份有限公司湛江分公司；2.广东海洋大学摘 要：随着国家增储上产能源计划的实施，海上油气开发从浅水迈向深海，推动了全球海洋石油钻井平台市场的巨大需求，配套服务的AHTS（anchor handling towing supply vessel 以下简称：AHTS）数量逐年递增，同时要求驾控人员对AHTS的操纵特性的掌握进一步提高。
本文按螺旋桨、襟翼舵以及首尾侧推的工作状况展开讨论，分析AHTS在桨-舵-侧推器独立和联动作用下的受力情况运动态势，总结AHTS的操纵特性，为同行操纵人员提供经验借鉴。
关键词：AHTS；靠泊平台；船舶操纵1.引言A H T S作为海上油气开发不可缺少的海洋装备，备受各国海洋油气能源企业的重视，如何更好掌握A H T S的操纵特性，最大程度上降低海上事故是各船舶管理公司所关注的重点。
当前关于AHTS操纵特性的研究主要集中在以下2个方面。
（1）A H T S某次作业的具体操纵问题分析。
李伟等[1]分析了“海洋石油675船”拖带“海洋石油944”平台拖缆受力情况，并对“海洋石油675船”采取相应操纵成功出江；沈爱平[2]介绍了A H T S在“南海八号”平台起抛锚作业中的操船要点；施金超[3]基于AHTS靠泊海上平台对船舶操纵要领进行阐述。
综上文献，AHTS海上作业类别多样，作业情况复杂多变，要求船长具备丰富的理论基础及实践经验。
（2）A H T S舵浆水动力分析。
近年，新型AHTS开始使用吊舱式推进器，同时研究者对AHTS操纵性能的研究交点也转移到对吊舱式推进器。
赵大刚等[4]对Ｌ型吊舱推进器直航及操舵工况水动力性能进行试验研究；武军[5]研究了吊舱式推进器的技术细节，并对其具体应用展开分析；袁桂蓉[6]对吊舱式推进器船舶的操纵系统进行了深入的研究，并通过建立吊舱推进器船舶的操纵运动模型、海上干扰作用力模型，对吊舱推进器船舶的运动进行仿真试验。
中高速深V型船阻力预报方法及尾板减阻机理
ｄｓｒ ｕｉｎ ａ ｌ ａ ｆｔｅ ｓ ｋ ｇ ｎ ｒｍ ｙ ａ ｏ ｔ ｇ Ｆｕ ｎ ｏｔ ｒ ｎ ｙ ｒｓａｉ ｑ ｉｂ ｕ ａｃ ｌ－ ｉｔ ｂ ｔ ｓｗｅｌ ｓｏ ｈ ｉ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｂ ｄ ｐｉ ｌｅ ｔｓｆ ｅ ａ ｄ ａｈ ｄ ｏｔｔ ｅ ｕｌ ｒ ｍ ｃ ｌｕａ ｎ ｗａ ｃ ｉｉ
中高 速 深 Ｖ 型 船 阻 力 预 报 方 法 及 尾 板 减 阻机 理
董 文 才 ， 朝 帮 姚
（ 军 工程 大 学 舰 船 与 海 洋 工程 系 ， 北 武 汉 ４ ０３ ） 海 湖 ３ ０ ３
摘
要： 为了提高深 Ｖ船阻力性能及预报精度 ， 针对 中高速深 Ｖ型船航行姿态 变化显著 的特 点 ， 采用 Ｒ Ｎ Ａ Ｓ方程计算船
体航行时流场压力分布 ， 通过静力平衡迭代求解船体航行时实 际升沉 及纵倾 ， 而计算 阻力 ； 进 模型 阻力数值计算 和试验 结果 的对 比表 明该方法阻力预报误差在 ２ ～ ％． Ｖ型船尾板减阻原 因来源于 ３ 方面 ： ％ ４ 深 个 航行 纵倾角的减小 、 船体压 差阻力的减小 以及船体“ 虚长度 ” 的增加． 研究获得 了深 Ｖ型船模型阻力减少 ６ ５ 的尾板安装方式． ．％
ｉ ｃｕｄ ｄ ｔ ｅ ｐｒ ｍｉ ｅ ｔｉ ｆ ｅ ｃ ｆｄ ｎ ｍ ｉ ｉ ｋ ｇ ｎ ｒｍ ｈｒ ｕ ｈ ｔ ｔｒ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎ ｏ ｌｗ ｅｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｌ ｅ ｈ ｏ ｎ ｎ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｓｎ ａ ｅ ａ ｄ ｔｉ ｔ ｏ ｇ ｈｅ ｉ ａ ｉ ｏ ｕ ｉ ｆｆｏ ｆ ｌ ｒ ｓ ｕ ｅ ｌ ｅ ｖ ｏ ｉ
第３ ２卷第 ７期 ２ １ 年 ７月 ０１
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尔
滨
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高性能船水动力原理与设计总结
精心整理高性能船水动力原理与设计”思考题及部分答案整理?1.?何谓高性能船，其特点是什么？?答：具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其使用要求的船舶功能，这样的船统称为高性能船舶。
特点：航速高；优良的耐波性能；载运能力较大；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境。
2.?高性能船的种类有哪些，其中哪些是排水型船？哪些是水动力支撑？哪些是空气动力支撑？? 答：小水线面双体船；滑行船；水翼艇；气垫船；地效翼船。
排水型：小水线面双体船；穿浪双体船。
水动力支持：水翼艇。
空气动力支持：气垫船；地效翼船。
3.?船型和兴波阻力的关系？?P9理论分析和实验表明，在固定的船体参数条件下，舶型的改变对兴波阻力的影响很显着,其中影响最大的是横剖面面积曲线形状，其次是肋骨线型。
?船型设计的主要着眼点之一就在于寻求使兴波阻力最小的船型。
对于高性能船，兴波阻力与船体的线型密切相关，其线型设计需要能精确的计算其兴波阻力。
4.?线性兴波阻力理论在船型设计中的作用?当船型参数中船宽B与长度L之比和船宽B与吃水T之比都很小时，就称此船型为薄船，由薄船建立的兴波阻力理论称为薄船理论。
吃水与船长和吃水与船宽的比值都很小的船型称为扁船，由扁船所建立起来的兴波阻力理论称为扁船理论。
对普通的船来说，宽度和吃水与长度相比都很小的，可近似看成细长船；用细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论。
米切尔积分计算兴波阻力。
5.船型的概念，船型包含那些内容？?P9所谓船型它包括两个方面的内容：一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数二是船体形状即线型?横剖面面积曲线形状(沿船长方向变化)?肋骨线型?首尾端轮廓线形状。
6.?随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？答：用体积傅氏数表征船舶的相对速度，船在航行时在垂直方向上的平衡关系为：?1）排水航行状态:当0<Fr<1，流体动力占的比重极小，航态与静浮时变化不大，这一状态的船统称为排水型船。
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第16卷 第10期 中 国 水 运 Vol.16 No.10 2016年 10月 China Water Transport October 2016收稿日期：2016-07-24作者简介：李仁常（1986-），男，青岛中乌特种船舶研究设计院有限公司，助理工程师。
刘英和（1987-），男，山东省海洋仪器仪表科技中心，研究实习员。
重心纵向位置及排水量 对双断级深V 型艇阻力性能的影响李仁常1，刘英和2，柴家臣1（1. 青岛中乌特种船舶研究设计院有限公司，山东 青岛 266001；2.山东省海洋仪器仪表科技中心，山东 青岛 266001）摘 要：为了研究重心纵向位置及排水量对双断级深V 型艇阻力性能的影响，采用模型试验方法，在高速拖曳水池中开展了五组状态的阻力性能试验。
分别改变单一变量行试验对比，得到重心纵向位置和排水量进对阻力性能的影响，并最终对优化阻力，得到最佳的纵向位置。
试验结果表明：高速航行时，重心位置位于船舯后(10%~12%)L ，双断级深V 型艇阻力较小；排水量增大时，效费比减小，但仍对总阻力有较大影响，建造时应严格控制重量。
关键词：深V 型艇；重心纵向位置；阻力；航速中图分类号：U661.73 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）10-0001-03 一、引言对于需要到外海航行的高速艇来说，波浪拍击会引起船体不稳定运动，水动力性能需要引起足够重视。
深V 型艇体具有优良的水动力性能，技术上比其他高性能船简单的多，使用速度范围宽广，所以被设计者和用户所喜爱，逐渐成为实用艇的优选艇型[1]。
深V 型船指具有尖舭（又称折角型线型）的船舶。
该船的横剖线在底部与舷侧连接的舭部具有明显的折角，且自首到尾形成一条明显的折角线 的线形。
尖舭型又分凹V 型、波型、深V 型、双折角型以及倒V 型等[2-3]。
深V 型船舯部后的横剖面具有较大的横向斜升角，一般在18°~30°之间，当大于30°时，称为极深V 型船。
由于横向斜升角较大，使船在波浪中的冲击力大为减少改善船舶的水动力性能，因而能明显地提供舰船的适航性、航向稳定性和操纵性。
深V 型船舶在波浪中航行时兴波阻力较小，失速情况不严重，有利于在高海情下保持高航速[4]。
深V 型船比起船底平坦的船浅水效应小，在浅水区可比普通船具有较高的航速；且船宽较大，水线面也较丰满，故能有较好的稳性。
但深V 船型的不足之处是同样水量的船，船体在水中的湿表面会大一些，从而摩擦阻力会有所增加。
双断级深V 型艇通常指艇底中部有两个断级的深V 型艇。
与无断级深V 型艇相比，差别再与他是由3个滑行面支持，每个滑行面的展弦比都较高，同时前断级使艇底浸湿表面积减少，因而流体动力性好，升阻比大，适用于更高的速度范围。
为有效减小双断级深V 型艇阻力，本文结合某型全长19m 的双断级深V 型艇的模型试验展开重心纵向位置对阻力性能影响的研究。
二、试验设备和模型试验水池主尺度：池长510m，池宽6.5m，池深6.8m，水深5.0m。
拖车性能：速度范围0.1m/s~22m/s，车速稳定精度优于0.2%。
测试手段：试验数据采集和处理分析自动化。
试验采用木制模型一条，实船与模型的缩尺比为1：6。
总长Lo A =3,127mm ，最大宽度B=800mm ，水线长L WL =2,806mm，船舯距#0肋位1,387mm，船底舯部斜升角β=23°。
试验中通过调整压块位置调整重心位置，按5个状态试验，试验状态如表1所示。
表1 模型试验表编号排水量(kg) 重心位置(mm)艏吃水(mm)艉吃水(mm)1 134.3 1092 169 183 2 134.3 1050 169 190 3 134.3 1133 171 1754 115.7 1092 159 170 5152.81092180190注：重心位置为距#0肋位距离，向艏为正。
三、模型试验结构及分析通过单因素变化，分别进行了三种排水量、重心纵向位置的模型阻力试验，试验航速范围为4-10m/s。
1．重心纵向位置对阻力影响相关研究资料中对船舶设计中最优重心纵向位置没有定论，一般研究均认为重心位置应在船舯偏后。
根据本船实际布置算出重心纵向位置约在距#0肋位1,092mm 处，换算为重心距船舯与设计水线长的百分比为-10.5%。
2 中 国 水 运 第16卷试验以重心纵向位置距#0肋位X GM1=1,092mm （-10.5%）为基准，向艉移动42mm得到第二组状态重心纵向位置X GM2=1,050mm（-12.0%），向艏移动41mm得到第三组状态重心纵向位置X GM3=1,133mm（-9.1%）。
表2 三种状态试验数据表状态1 状态2 状态3 序号 Vm(m/s) Fn▽Rm(kgf) Rm(kgf) Rm(kgf)1 4 1.79 17.67 17.99 17.242 4.5 2.01 19.12 18.9 18.863 5 2.23 19.67 19.74 19.414 5.5 2.45 20.72 21.08 20.745 6 2.68 21.82 21.83 21.486 6.5 2.90 22.35 22.26 22.317 7 3.12 23.34 23.19 23.448 7.5 3.35 24.15 24.18 24.539 8 3.57 25.24 24.94 25.5610 8.5 3.79 26.36 26.1 26.6311 9 4.02 27.58 27.27 28.212 9.4 4.20 28.77 -- --13 9.5 4.24 -- 28.72 29.6214 9.8 4.37 29.95 -- --15 10 4.46 -- 30.3531.29图2 三种状态模型试验阻力随航速变化曲线 由图2、表2可知，在低速段即Fn▽<3时，重心纵向位置后移导致阻力增加，在高速段即Fn▽>3时,重心纵向位置后移导致阻力减少。
当本船设计航速较低时，宜通过总体布置使重心纵向位置前移。
当本船设计为高速航行时，通过总体布置使重心纵向位置后移。
当Fn▽=3.5~4.0时，阻力增加较缓，设计航速取在此范围内较有利。
结合本船设计航速要求，本船通过调整布置使重心位置在距#0肋位1,050mm处，高速航行时能取得理想效果。
图1 船模型线图第10期 李仁常等：重心纵向位置及排水量对双断级深V型艇阻力性能的影响 32．排水量对阻力影响根据本船实际情况，得出满载排水量约为134.3kg。
试验以排水量△1=134.3kg为基准，减小18.6kg得到试验第二组试验状态△2=115.7kg，增加18.5kg得到试验状态△3 =152.8kg。
试验时重心位置固定在距#0肋位1,092mm处。
表3 三种状态试验数据表状态1 状态2 状态3序号 Vm(m/s) Fn▽Rm(kgf) Rm(kgf) Rm(kgf)1 4 1.79 17.67 14.2 20.452 4.5 2.01 19.12 15.28 22.143 5 2.23 19.67 16.59 23.044 5.5 2.45 20.72 17.7 23.985 6 2.68 21.82 18.8 24.966 6.5 2.90 22.35 19.63 25.337 7 3.12 23.34 20.77 26.138 7.5 3.35 24.15 21.66 27.19 8 3.57 25.24 22.91 27.7710 8.5 3.79 26.36 24.26 28.8211 9 4.02 27.58 25.75 29.7412 9.4 4.20 28.77 -- --13 9.5 4.24 -- 27.18 31.1514 9.8 4.37 29.95 -- --15 10 4.46 -- 29.13 32.57图3 三种状态模型试验阻力随航速变化曲线 由图3、图4、表3可知，排水量增加导致阻力增大。
在低速段即Fn▽<3时，排水量增加导致Rm/△增加。
在高速段即Fn▽>3时,排水量增加Rm/△减小。
在主机功率允许的情况下，高速航行时排水量增加，单位排水量阻力减小，效费比较高。
本船受限于机舱空间和主机报价，无法增大主机功率，为达到理想效果，建造过程中应严格控制重量。
图4 三种状态模型试验Rm/△随航速变化曲线四、结论及建议综合五组试验结果，双断级深V型艇高速航行即Fn▽>3时，宜将重心纵向位置向船艉移动，重心距船舯与设计水线长的百分比为在-12%~-10%，此时高速航行阻力较小，能有效增大本船航速。
双断级深V型艇高速航行即Fn▽>3时，增加排水量虽可使单位排水量阻力减小，但对总阻力仍然增大较为明显，因此严格控制高速艇的重量仍是提高航速的最佳方法。
双断级深V型艇阻力影响的因素较多，船底斜升角、断级纵向位置、断级角度及断级长度对阻力的影响尚需进一步研究。
重心纵向位置对阻力影响也需进一步研究，研究时范围宜定为(-20%~-10%)L。
参考文献[1] 朱珉虎．高速艇与游艇设计手册[M]．珠海：珠海出版社，2008．[2] 张承霞，黄宏喜，李定尊．新船型—深V型开发研究[J]．船舶与海洋工程，1997，（2）：48-52．[3] 夏翔，岳国强，杨帅等．提高深V型滑行艇航速的综合研究[J]．中国舰船研究，2007，2（1）：77-80．[4] 霍聪，杨俊，董文才．双断级滑行艇静水阻力性能影响因素[J]．海军工程大学学报，2012，24（5）：21-24．。