对滑行艇设计的几点思考
船舶与海洋工程专业毕业论文
船舶与海洋工程专业毕业论文专业高速无人艇设计与运动性能初步分析摘要高速无人滑行艇具有高速、隐身、智能等优点，因而能够用于灵活作战，目前，国外已有多种水面高速无人艇应用于军事领域，特别是以美国为代表的西已将其列为重要的发展向；国在水面高速无人艇技术面的研究还处在初级阶段，近年来研制出的无人驾驶船也只是应用于探测天气，为了更好低完善我国海军作战体系，带动相关军工业的发展。
本文进行的主要工作有：一、针对目前国外的高速无人艇研究发展现状展开了调查研究，并对我国目前滑行艇阻力、稳性、耐波性和新艇型的开发进行简单的介绍。
二、从任务需求出发，结合现有条件，利用Maxsurf软件进行单体滑行艇模型的设计，并对模型进行了流体性能的初步计算分析。
三、进行了推进器的设计，并对喷水推进器的种种要素对各个性能的影响进行了分析。
四、以滑行艇前进、升沉及纵摇运动为目标开展滑行艇流体性能的初步分析。
五、建立了船前进、升沉、纵摇三自由度运动数学模型，开展了滑行艇三自由度运动预报，分析了高速滑行艇运动特点。
关键词：无人滑行艇性能分析三自由度运动数学模型运动预报AbstractUnmanned Surface Vehicle (USV) has some good properties such as high-speed, stealth, intelligence, etc, which can be used for flexible operations, currently, thereare many foreign high-speed unmanned surface vessels in the military field, especially the United States as the representative of the Western countries have their as an important direction of development; domestic high-speed unmanned craft on the water technology research is still at the initial stage, developed in recent years of unmanned boat only apply detect the weather, in order to better improve our naval combat system of low, promote the development of military-industrial related. This major work carried out are:First，A view of the current domestic and foreign research and development of high-speed unmanned craft launched a survey on the current situation, and introduce resistance, stability, seakeeping, and the development of new hull of our country current planing boat.Second, from the mission requirements, combined with existing conditions, use of Maxsurf single planing hull model of software design, and model the performance of the preliminary calculation of fluid analysis.Third, for the propeller design, and all the elements of water jet propulsion of individual performance was analyzed.Fourth, in order to slide the boat forward, heave and pitch motion targeting of planing craft a preliminary analysis of fluid properties.Fifth, the establishment of the boat forward, heave, pitch three degrees of freedom mathematical model, carried out three-DOF motion planing prediction of high-speed planing craft motor.Keywords: unmanned planing crafts; Performance Analysis; numeral model ofthreedegrees of freedom movement; report Exercise of crafts.目录第1章绪论 (1)1.1引言 .......................................................................................................................... 1 1.2课题背景 .. (2)1.2.1国外发展...................................................................................................... 2 1.2.2国发展 ...................................................................................................... 4 1.2.3我国对于改善阻力性能的各种特殊措施面的研究.............................. 4 1.2.4我国对滑行艇关于耐波性的研究.............................................................. 5 1.2.5我国对滑行艇关于稳性面的研究.......................................................... 5 1.2.6我国对滑行艇新艇型的开发与研究.......................................................... 6 1.3论文研究的目的与意义......................................................................................... 6 1.4论文主要容 (7)第2章高速滑行艇maxsurf建模 (8)2.1滑行艇的maxsurf建模 (8)2.1.1单体滑行艇的主尺度 .................................................................................. 8 2.1.2单体滑行艇的maxsurf建模视图 .............................................................. 8 2.1.3利用muxsurf对艇静止在水面时基本计算 ............................................ 10 2.1.4利用Hydromax对艇静止在水面时基本计算 (11)第3章推进器设计 (17)3.1喷水推进器的概要 ............................................................................................... 17 3.2喷水推进器较常规螺旋桨推进技术的优点 ....................................................... 17 3.3喷水推进器的工作机理........................................................................................ 18 3.4喷水推进器理论 ................................................................................................... 20 3.5影响喷水推进器性能的重要参数 .. (21)3.5.1建立喷水推进器计算模型 ........................................................................ 21 3.5.2重要参数 . (21)第4章滑行艇流体性能初步分析 (27)4.1引言 ....................................................................................................................... 27 4.2滑行艇水动力计算概述 ....................................................................................... 27 4.3滑行艇纵向受力分析........................................................................................... 28 4.4滑行平板的流体动力分析 .. (29)4.4.1姆雷（Murry）法估算滑行艇的阻力 ...................................................... 30 4.5模型阻力计算 ....................................................................................................... 34 4.6滑行艇在静水中垂荡运动................................................................................... 38 4.7滑行艇在静水中纵摇运动................................................................................... 40 4.8滑行艇的纵向运动稳定条件 . (41)第5章滑行艇三自由度运动预报 (42)5.1滑行艇纵向运动耦合程的数学模型 (42)5.1.1坐标系的选取 ............................................................................................ 42 5.1.4 作用于滑行艇的非惯性类水动力（矩） ............................................... 44 5.2滑行艇所受各非惯性力（矩）的具体计算........................................................ 44 5.3高速滑行艇运动特点 . (48)结论 (49)致................................................................................................ 50 参考文献 . (51)第1章绪论1.1引言在过去十几年中，微电子技术、光电技术、计算机、通信、信息处理、新材料等高技术的发展,为无人机及其机载设备等提供了良好的发展条件，无人驾驶运载工具开始真正呈现复兴的势头。
高速玻璃钢艇的设计问题探讨
高速玻璃钢艇的设计问题探讨[摘要]高速玻璃钢艇的主要航行状态是滑行状态，它的船型特点、滑行原理、阻力特性、运动稳定性、耐波性等值得探讨。
高速玻璃钢艇体型线设计特点及其实用设计方法也值得研究。
上述问题也是玻璃钢游艇、玻璃钢巡逻艇、赛艇设计中所面临的问题。
随着科技的发展, 船艇设计的性能不断提高, 人们对快艇速度的要求也在不断提高。
快速游艇受到更高的强度负荷, 这就要求其必须具备较高的强度和刚度。
而具有刚性不足、强度有余特点的传统玻璃钢结构已不能满足现代高速艇的发展要求。
[关键词] 玻璃钢船；型线设计；运动稳性；Maxsurf的运用目录引言------------------------------------------------------------1 一高速玻璃钢艇概述------------------------------------------------1(1)玻璃钢船-----------------------------------------------------1(2)玻璃钢船现状-------------------------------------------------2 二高速玻璃钢船的航行状态------------------------------------------2(1)顶浪航行-----------------------------------------------------2(2)顺浪航行-----------------------------------------------------2(3)在风浪中掉头-------------------------------------------------3 三玻璃钢艇的船型特点----------------------------------------------3(1)型线的修改---------------------------------------------------3(2)不同船型修改型线---------------------------------------------4 四高速玻璃钢艇的滑行原理------------------------------------------4(1)船长对航速的影响---------------------------------------------4(2)主尺度选择对航速的影响---------------------------------------5 五高速玻璃钢艇型线设计特点----------------------------------------5(1)主要参数-----------------------------------------------------5(2)船型---------------------------------------------------------5(3)纵稳性-------------------------------------------------------6(4)快速性-------------------------------------------------------6 六高速玻璃钢艇型线实用设计方法------------------------------------7(1)主尺度的选择-------------------------------------------------7(2)型线的设计---------------------------------------------------7(3)性能的计算---------------------------------------------------8 七高速玻璃钢艇的运动稳定性----------------------------------------8(1)玻璃钢艇稳性计算---------------------------------------------8(2)风压倾侧力矩及其横准-----------------------------------------9(3)滑行艇的稳性------------------------------------------------10 八高速玻璃钢艇的艇体材料及结构特点-------------------------------12(1)艇体材料----------------------------------------------------12(2)结构特点----------------------------------------------------13九 MAXSURF 造船集成系统在高速玻璃钢艇设计中的应用-----------------14(1)Maxsurf建模------------------------------------------------14(2)Maxsurf的内部接口和外部输出--------------------------------16 十结论-----------------------------------------------------------16前言在当今世界船舶市场上, 游艇工业发展迅速,而玻璃钢游艇在国际市场上更占有巨大份额。
划船器的设计原理
划船器的设计原理
划船器的设计原理包括以下几个方面：
1. 浮力原理：划船器通过充气或者使用浮力材料，如泡沫，使船体具备浮力，能够在水中浮起来。
2. 推进原理：划船器通常使用桨或者橹进行推进。
当划动桨或橹时，划手通过施加力量将划船器推动向前。
根据牛顿第三定律，施加在桨或橹上的力将使船体产生相等大小的反向推力，从而推动船体向前。
3. 滑行原理：划船器在水中划动时，船体会在水面上产生一个水流。
根据伯努利定律，当水流速度增加时，水流压力会降低。
当船体前进速度足够快时，水流在船体底部会形成一个低压区域，推动船体向前滑行。
4. 稳定性原理：为了保持船体稳定，划船器通常具备一定的宽度和重量分布。
较宽的船体可以提供更好的稳定性，而合理的重量分布可以使船体在水中保持平衡。
5. 材料选择原理：划船器通常由金属、木材、塑料或者复合材料制成。
材料选择应考虑到船体的重量、强度、耐用性和成本等因素。
根据不同的设计要求和用途，划船器的设计原理可能会有所不同。
例如，赛艇划
船器的设计原理可能更强调轻量化和流线型，以提高速度和操控性能。
而在休闲划船器的设计中，更注重舒适性和稳定性。
滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报
滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报滑行艇在水上运动中，尾部结构作为掌舵和推进的关键部位，需要具备高强度和高耐久性。
为确保滑行艇尾部结构的安全和可靠性，在设计之前进行模态分析和响应预报是必不可少的步骤。
滑行艇尾部结构的模态分析主要是通过对其振动响应进行分析，确定其天然频率和振动模式以及各个振动模态的振幅和振动形态。
通常采用有限元方法进行模拟分析，通过将结构划分为多个网格单元，计算每个单元的质量、刚度和阻尼特性，进而推算出整个尾部结构的特征频率和振动形态。
在模态分析中，应考虑荷载条件和边界条件等多种实际工况，尽可能全面、准确地模拟实际运动过程。
模态分析的结果可用于预测不同频率和振动模态下的振动响应，进而进行响应预报。
响应预报主要是通过结构动力学分析和流体动力学分析，确定尾部结构受外界载荷（如波浪、风力等）作用下的响应情况，预判可能发生的振动、疲劳和损伤情况，从而找出优化设计方案。
在响应预报中，还需要充分考虑结构材料的压缩强度、弯曲强度以及疲劳极限等参数，以便更准确地进行设计优化。
总之，滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报是确保设计可靠性和性能的重要手段。
通过科学的分析方法和充分的实验验证，可以降低滑行艇尾部结构的失效风险，提高其运动效能和使用寿命。
作为滑行艇尾部结构的重要设计指标，以下是一些相关数据：1. 结构材料：滑行艇尾部结构通常采用高强度、轻质、耐腐蚀的复合材料，如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强聚酯树脂等。
这些材料具有很高的强度和刚度，同时重量轻、防腐蚀性好、易加工等优点。
2. 特征频率：滑行艇尾部结构的天然频率通常在50-100Hz之间，取决于结构形态和材料特性。
在设计中，需要尽量减小共振频率，以避免受到外界激励源的影响而发生共振破坏。
3. 阻尼特性：滑行艇尾部结构的阻尼特性是指在振动过程中损失能量的能力。
阻尼特性不足容易导致共振，进而加剧结构疲劳和损伤。
因此，在设计中应该采用适当的阻尼措施，以提高结构的抗振能力和耐久性。
高速滑行艇的纵向运动分析与仿真研究
高速滑行艇的纵向运动分析与仿真研究许蕴蕾【摘要】针对喷水推进滑行艇的高速滑行原理,建立了其非线性的纵向运动数学模型.首先分析了滑行艇在高速滑行过程中的受力,详细地推导了艇体受到的重力、浮力和动升力,并根据喷水推进器的工作原理,推导了喷水推进力的表达式:然后建立了喷水推进滑行艇的非线性纵向运动数学模型;最后设计了基于该模型的滑行艇纵向运动预报软件,并进行了高速滑行的操纵性仿真试验,仿真结果与船模试验数据吻合较好,表明了该模型能够较准确的预报喷水推进滑行艇在静水中的纵向运动.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2011(022)001【总页数】5页(P21-25)【关键词】纵向运动;滑行艇;喷水推进;动升力;数学模型【作者】许蕴蕾【作者单位】七○八研究所,上海200011【正文语种】中文【中图分类】U661.33;TP391.9滑行艇与一般排水式船舶相比具有很大的不同，排水式船舶的重量基本由船体受到的静浮力支持；而滑行艇则不然，当其航速较高时，艇重的大部分被作用于底部的滑行升力所支持，此时的吃水比静浮时大为减少。
当遇到汹涛时，还会发生严重砰击，使之在海浪中剧烈地颠簸。
有时还可出现飞越一个波峰，而掉落在下一个波峰上的现象。
与排水式船舶相比，滑行艇的运动预报将有很大不同。
由于问题比较复杂，过去对滑行艇耐波性的研究，只能靠经验或试验来获得所需之数据。
目前，国际上预报高速艇在波浪中纵向运动的方法基本上有三种:（1）对排水船耐波性理论计算中常用的切片法进行湿表面积变化修正，如日本学者别所正利的修正切片法［1］;（2）采用Wanger水动力冲量理论的切片方法，如Zarnic的非线性模型［2］; （3）最近开始研究的直接求解Navier-Stokes方程的方法［3］。
此外，董文才等建立了考虑动升力影响的纵向垂直面内的运动数学模型［4］，Y.Ikeda等对滑行艇的纵摇和横摇的耦合运动进行了研究［5］，美国戴维逊（Davidson）实验室船池进行了棱柱形滑行艇模型在规则迎浪及不规则波中的耐波性系列试验，得到了各主要因素对波浪中运动响应的影响规律，分析规则波试验结果也得到一些定性的研究结果。
渔船钢索起重滑车设计和使用中存在的问题
JS 2005-1-10 江苏船舶JI ANG S U S H IP第22卷 第1期 25渔船钢索起重滑车设计和使用中存在的问题常德建摘 要 渔船钢索起重滑车的设计依据存在缺陷,以及滑车使用不当给渔船的作业带来安全隐患。
提出了相应的改进方法和建议。
关键词 钢索滑车 使用方法 受力分析渔船钢索起重滑车作为一种起重及导向部件,被广泛应用于渔船的渔捞和起货作业中,其设计、生产和使用是否正确,关系到船员的人身安全和船舶的作业安全。
根据作者了解,近年来渔船上发生的不安全事故50%以上与起货设备,尤其与滑车的设计和使用中存在的问题有关。
1 设计中存在的问题渔船钢索起重滑车的设计制造目前参照农业部1994年发布的 渔船钢索起重滑车SC/T8011-94 (以下简称!标准94∀)标准进行。
!标准94∀为规范渔船渔具的设计制造发挥了积极的作用。
但该标准为1推荐性标准,缺乏强制性。
随着形势的发展,作为1种与船员人身安全密切相关的产品,应考虑制订1份有关该产品的强制性标准。
同时!标准94∀自身的一些缺陷,导致了生产、设计上的混乱。
1.1 定义!标准94∀对于!许用负荷∀1词未加以明确定义。
实际上,在1979年原国家水产总局颁布的 渔船钢索起重滑车SC11-78标准中对!许用负荷∀1词做了解释性说明。
即A、B、E型滑车荷重以钢索的许用负荷表示,C、D型成对使用的滑车以吊架的许用负荷表示。
例如,许用负荷为20kN的A型滑车,标记为A20,其中许用负荷指钢索许用负荷。
许用负荷为20kN的D型滑车,标记为D20,其中许用负荷指吊架许用负荷。
因此,作者认为标准SC/T 8011-94中应对许用负荷1词以明确的形式加以说明。
作者介绍:常德建现工作于山东省荣成造船工业集团有限公司技术科。
收稿日期:2003-06-021.2 检验!标准94∀5.2.2条规定了对产品的试验拉力,即A、B、E型滑车按许用负荷的4倍进行试验,C、D 型滑车按许用负荷的2倍进行试验。
滑行艇的型线优化设计及性能分析的开题报告
滑行艇的型线优化设计及性能分析的开题报告1.研究背景和意义：滑行艇是一种高速船艇，具有良好的耐波性和航速性能，在大规模的海洋和内河航行中具有广泛应用。
在滑行艇的设计中，艇体的型线是极为重要的设计因素之一，对其性能表现有着至关重要的影响。
因此，对滑行艇的型线优化设计和性能分析具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.研究目标：通过对滑行艇的型线进行优化设计和性能分析，实现以下研究目标：（1）掌握滑行艇的基本工作原理和航行机理；（2）研究滑行艇型线设计的基本原理和方法；（3）基于CFD技术实现滑行艇的流场模拟和性能评估；（4）综合考虑滑行艇的航速、稳定性、耐波性、舒适性等性能指标，对滑行艇进行性能优化设计。
3.研究内容：（1）滑行艇的基本工作原理和航行机理分析；（2）滑行艇型线设计的基本原理和方法探讨；（3）CFD技术在滑行艇流场模拟中的应用研究；（4）滑行艇性能评估方法研究；（5）滑行艇型线优化设计的实验研究。
4.研究方法：（1）文献资料法：通过查阅国内外相关文献，了解滑行艇的基本工作原理、船型设计、性能分析等方面的研究现状，为本课题的深入研究提供基础。
（2）数值模拟法：采用CFD技术对滑行艇的流场进行数值模拟，对比不同设计参数的影响，分析其对滑行艇性能的影响。
（3）实验研究法：通过水池试验等实验手段，验证CFD模拟的准确性，并进一步研究不同设计参数的影响。
5.预期成果：（1）掌握滑行艇的基本工作原理和航行机理；（2）建立滑行艇流场数值模型，并对其进行分析和评估；（3）优化设计滑行艇的船型，提高其航行性能；（4）形成与滑行艇型线设计相关的科研成果，为滑行艇设计提供参考。
水路两栖艇的设计毕业设计论文
毕业设计论文水路两栖艇的设计摘要水陆两栖快艇，是一种既能在路上行驶，也能在水里行动的两栖交通工具。
这种交通工具，具备一般汽车的功能和主要部件，也包含船的功能和主要部件，是一种新型交通工具。
本文主要叙述水陆两栖快艇的机械式设计方案，包括外形的设计，内部传动系统的设计，分动器的设计，轮胎收放的简略设计以及密封设计。
本设计中，采用以车为主，附加船体功能的原理。
选用马自达6为设计模板进行设计与改造。
首先，介绍了国内外水陆两栖快艇的发展历程，叙述了选题的原因。
然后介绍了本设计选取的主要汽车构架，并根据此设计了整体的外形，并沿用了选取车型的发动机、离合器、变速箱、主减速器以及差速器。
在此基础上，计算出水中以及陆地上的形式阻力，并根据阻力选取了适当的螺旋桨。
然后设计了内部主要部件的位置，并计算了整体的重心位置。
随后设计了分动器，以此实现水陆两栖的控制。
然后大略进行了轮胎收放结构以及方向控制的设计。
最后，对密封进行了大略的论述。
达到了任务所要求的水陆两用的功能以及保证了在陆地上和水中的速度。
关键词：水陆两栖、交通工具、设计各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT）可加QQ695939903，如果需要代做也请加上述QQ,代做免费讲解AbstractAmphibious vehicle is a vehicle that not only travel on the land but also on the water.The vehicle is new, because it not only has the fundament and functions of normal cars but also has the fundament and functions of boat.This paper mainly describes the design scheme of mechanical type amphibious vehicle,including the contour design, the design of internal transmission system, sub actuator design, simple design of tire storage and seal design. First of all, introduced the domestic and foreign amphibious speedboat development course, describes the topics of the reason. And then introduces the main vehicle frame of the design, and design the overall shape according to this, and follows the selection models of the engine, clutch, gearbox, the main reducer and differential. On this basis, calculation of water and land in the form of resistance, and the resistance of the proper selection of the propeller. Then the design of the main parts of the internal position, the position of the center of gravity and the calculation of the overall. Then the design of the actuator, so as to realize the amphibious control. Then the design of control and simple structure and the direction of the tire. Finally, the seal of general discussion.KEY WORD: Amphibious,vehicle,design.目录摘要................................................................................................................... I I Abstract............................................................................................................... I I第一章绪论1.1选题背景 (1)1.2课题确立的意义 (2)1.3本文主要研究内容 (2)第二章水陆两栖快艇总体方案选择2.1传动系统设计概述 (3)2.1.1汽车传动系统概述 (3)2.1.2快艇传动系统概述 (3)2.2 总体方案的选择 (3)2.2.1 传动方式的选择 (3)2.2.2 传动系统的布置方案 (4)2.2.3 最终总体布置方案 (4)2.3 其他方案的确定 (4)2.3.1轮胎收放系统 (4)2.3.2方向控制 (5)2.3.2密封 (5)2.4 本章小结 (5)第三章外形的设计3.1外形的主要参数 (6)3.1.1车辆首部形状设计 (6)3.1.2中间截面轮廓设计 (7)3.1.3尾部形状设计 (8)3.2整体的成型 (9)3.3本章小结 (9)第四章水陆两栖快艇总体设计4.1概述 (10)4.2 水陆两栖快艇技术参数确定 (10)4.2.1 质量参数的确定 (10)4.2.2水路两栖快艇主要尺寸的确定 (10)4.3水路两栖快艇主要性能参数的确定 (10)4.3.1行驶动力性参数的确定 (11)4.3.2燃料的经济性 (11)4.4水陆两栖快艇主要部件的选择和布置 (11)4.4.1 发动机的选择和布置 (11)4.4.2驾驶位置的确定 (11)4.4.3传动系的布置 (11)4.4.4螺旋桨位置的布置 (11)4.4.5悬架系统的布置 (12)4.4.6水陆两栖快艇材料的选用 (12)4.5 总体布置的计算 (12)4.5.1轴荷计算以及重心位置的计算 (12)4.5.2船体入水深度的计算 (13)4.6阻力的计算 (14)4.6.1阻力成分及车辆结构对阻力的影响 (14)4.6.2 波浪对阻力和快速性的影响 (17)4.6.3 路上行驶阻力的计算 (18)4.7抗沉性计算 (18)4.8 本章小结 (18)第五章分动器的设计5.1分动器的原理和初步设计 (19)5.1.1分动器原理 (19)5.1.2 初步计算 (20)5.2分动器齿轮传动设计 (20)5.2.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级 (20)5.2.2初步计算传动主要尺寸 (20)5.2.3确定传动尺寸 (22)5.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度 (22)5.2.5齿轮传动其它几何尺寸计算 (23)5.3分动器传动轴的计算 (24)5.3.1材料的选择 (24)5.3.2 轴径的初步计算 (24)5.3.3 轴承的选择 (24)5.3.4轴的结构设计 (24)5.3.5 轴的强度校核计算 (25)5.4分动器结构设计及操作说明 (28)5.4.1换档机构 (28)5.4.2 换档操纵装置 (28)5.5 本章小结 (29)第六章轮胎收放系统、方向控制系统及密封6.1轮胎收放系统 (30)6.1.1概略 (30)6.1.2 参考资料 (30)6.1.3 简略成型 (31)6.2方向控制系统 (31)6.3 密封 (37)6.3.1概述 (32)6.3.2 大体方案 (32)6.4本章小结 (32)总结 (33)参考文献 (35)致谢 (37)第一章绪论1.1 选题背景现代生活讲究的是多用、便利、安全、快捷，渐渐的人们希望汽车不单单是汽车，还能行走于陆地，于是水陆两栖的快艇应运而生。
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对滑行艇设计的几点思考汪建午 柯建平摘 要 介绍了滑行艇的阻力及其计算,提出了一种简单而又行之有效的计算方法。
分析了滑行艇诸要素对其快速性及适航性的影响。
对613m 滑行艇的设计进行了简要分析。
关键词 滑行艇 快速性 适航性 滑行艇是指体积傅氏数Fn >3、艇体重量主要由水动升力支持的高速船。
滑行艇具有良好的阻力性能、较高的航速、成本造价低等优点,是沿海旅游船、短途客渡艇、交通艇等理想的交通工具。
优良的快速性、适航性是滑行艇设计的关键问题。
1 滑行艇的阻力分析与计算滑行艇在Fn >3以后的航行状态表明,滑行艇由于受艇底水动力升力的作用,将艇体抬出水面,艇的重量主要由水动力支持,而水线下的排水量支持艇体重量的一小部分,所以滑行艇阻力成分不同于排水型过渡艇。
根据滑行艇的阻力理论,滑行艇的总阻力R T=Δ・tg τ+R f ,其中Δ・tgτ为剩余阻力,包含兴波阻力和飞溅阻力两大阻力成分,Δ为排水量,τ为滑行状态下的纵倾角,R f 为摩擦阻力,这一理论是平板滑行理论的延伸。
第18届国际船模试验池会议提出:滑行艇在滑行状态下的裸船体阻力表达式为R Th =Δ・tg τ+R f +R S pf ,其中R S pf 是考虑由于须状飞溅的湿面积所引起的摩擦阻力。
作者认为以上阻力表达式在计算过程中有一定的难度和局限性。
具体表现在:①艇在滑行状态下纵倾角受艇的线型、重量、重心和不同的航速而变化,由于流体水动力升力作用于艇底复杂的曲面,因而很难准确地计算出其纵倾角。
②艇体的湿面积和飞溅湿面积受航行状态和航速等的影响,同样也很难准确地计算。
③在高速滑行状态下,受水动力作用的影响,粘压阻力不容被忽略。
我们在这里介绍日本造船协会通过船模试验得作者单位:汪建午、柯建平———海军第4807厂(355011)。
收稿日期:2001-06-25出的一种简便而行之有效的计算方法。
这种计算方法的裸船体阻力表达式为R T =C ・Δ・g ,其中C 为总阻力系数,由试验图谱求得,详见图1,Δ为排水量,g 为重力加速度。
从图谱中知:总阻力系数与排水量、体积傅氏数Fn ,艇艉的斜升角βt 及从艉至重心的距离L G 有关。
在设计中,Δ、βt 、L G 皆已知,通过假定不同的航速V 可得出不同的体积傅氏数Fn ,利用线性插值法可求得不同航速下艇的裸船体阻力R T 。
在实船阻力计算中,考虑到空气及附体阻力还应在R T 的基础上增加8%～10%余量,进而求得相应的有效功率和一定的主机功率下艇的航速。
图1 日本造船协会滑行艇阻力计算图谱2 滑行艇诸要素对艇快速性、适航性的影响211 艇体重量与艇体结构艇体排水量Δ对阻力最为敏感,滑行艇的阻力中剩余阻力Δ・tg τ占80%左右。
相同条件下,随着 J S 2001-4-02 江苏船舶J IAN GSU SHIP 第18卷 第4期 5Δ的增大,剩余阻力成正比加大,而体积傅氏数相对减小,艇被推迟进入滑行状态。
同样的航速下,湿面积增大,导致摩擦阻力增加,两方面的阻力增加,使艇的阻力性能急剧恶化。
因此在设计时,装载一定的情况下,减轻艇体自身重量可达到减少艇排水量的目的。
现在滑行艇在制造时,大多采用玻璃钢、铝合金等轻型材料。
在结构设计中,采用混合结构型式,细化板格,从而使外板减薄来减轻艇重。
同时由于艇体结构板格的减小,增加了纵横方向的结构强度,使艇在滑行状态下艇体变形较小,确保水动力性能和航态的稳定。
212 艇体滑行的纵倾角滑行艇滑行状态下的纵倾角,直接影响其剩余阻力的大小。
随着纵倾角的加大,飞溅阻力特别是艉部“鸡尾流”现象愈加严重。
但由于纵倾加大,减少了艇体的湿面体,从而摩擦阻力相对减小。
因此在一定的排水量和航速下,必有一个最佳的航行纵倾角使总阻力达到最小值。
但纵倾角过大,会导致船舶航行稳定性变坏,船在波浪中航行,船舶的汹涛拍击加剧,造成船体前后上下摇摆升沉运动,使乘员不适。
可以通过艇型的线型变化、重心位置的调节、艇宽、增设折角线及压浪条等改变纵倾角,但最为有效的方法是改变螺旋桨与船体基线的夹角,特别是舷外机或舷内舷外机更为方便,也可以在艇艉增设一定长度与基线平行或微倾斜的压浪板来实现纵倾角的变化。
213 艇体主尺度艇体宽度对滑行艇阻力影响较为明显,滑行艇为获得较大的流体动力必须提高艇体的展舷比,因此选择较小的长宽比L/B,不仅提高升力系数,而且湿面积也随之减小,对阻力性能是有利的。
但过多地减小L/B,在设计排水量和重心位置一定的情况下,滑行时引起艇体纵倾角的变化敏感,导致阻力性能、航向稳定性、适航性等不利,一般L/B在2～7之间为宜,根据不同的设计要求选定。
214 艇体的重心位置滑行艇重心纵向位置的改变会引起航行纵倾角的变化,导致阻力有所改变。
一般将艇体重心适当后移增加纵倾,能使阻力下降,重心过前是不利的。
一般当重心在滑行面积的形心后面4%～8%L时有较好的阻力性能,但实践证明当移至12%L时阻力曲线峰值会很大,因此在滑行艇设计中应当考虑艇体的重量、重心分布得当,综合考虑机舱、油水舱及相关舱室的布置,使得在滑行时获得预期的纵倾状态。
215 滑行艇的线型设计一般而言,滑行艇采用带有明显折角的V型剖面,即具有一定横向斜升角的剖面。
早期的滑行艇,艇首的斜升角在60°左右。
为减小汹涛中航行时的拍击,艇首还出现过带外飘的V型,斜升角更大,而从中部向艉逐渐过渡到趋于0°。
我国早期鱼雷快艇就是一例。
虽然艇艉的斜升角减小有利于提高水动力性能,使阻力减小,但也带来其它方面的影响。
具体表现在:①艇艏的斜升角较大,在波浪中航行易出现“叩首”现象,即艇体纵向摇摆敏感,导致航行的纵倾角时大时小,适航性较差,同时也产生不稳定的伴流,引起波浪失速。
②由于艇艉斜升角趋向0°,艇体线型过渡时龙骨线从中部至尾部必须要有一定纵向向上的斜升,根据平板滑行的理论,其航向稳定性较差。
因此这种艇型只能适合在风浪较小的内河中使用。
现代滑行艇特别是海上滑行艇在设计方面作了许多改进:①艇首线型出现微凸的V型剖面,由于在滑行初期,艇体的阻力较大,要使艇体产生一定纵倾角,而增加升力系数,必须提高艇首的升力,使艇体提前进入滑行状态。
由于艇首在滑行后抬出水面,对阻力的影响不明显,而对航行中的“叩首”现象则大为改善。
②艇中部至艉部采用深V型剖面,虽然斜升角较大,使阻力加大较明显,但航向稳定性及艇的纵向摇摆明显改善,使船身效率及推进效率提高,同时适航性较好,减少旅客颠簸疲劳感。
③由于采用深V型剖面,使阻力加大,为了克服这一矛盾,在设计中艇底设多条与纵剖线相一致的压浪条,在舷侧与艇体折角线处设置较宽的压浪板,减少流体动力的损失,也对减少飞溅有明显效果,使阻力性能得到恢复和提高。
3 613m滑行艇设计分析613m滑行艇是我厂为福州渔港监督处设计并建造的一艘玻璃钢渔政船,该船的主要量度如下:总长613m设计水线长5152m型宽212m型深110m设计吃水0145m排水量2151t设计航速30kn 6 船舶设计与研究 汪建午等 对滑行艇设计的几点思考图2 613m滑行艇总布置图 在方案设计阶段,我们利用日本造船协会提供的阻力图谱,对该船的阻力进行估计,如表1所示。
计算中,该船L G/ 13=1.5,βt=16°,R T=C・Δ・g,PE=1.08R T/1000。
根据任务书的要求,设计航速选定为V=32kn,确定此时匹配的主机功率。
要求的主机功率P=P E/((1-10%)・η・η0)其中10%为功率储备,η为传递效率,η= 0.97,推进效率η0=0.6,则P=90.51/(0.9×0.97×0.6)=172.8kW 船舶设计与研究 汪建午等 对滑行艇设计的几点思考 7 主机采用瑞典VOLOV 公司生产的180kW ×3800r/min 的带对转螺旋桨的舷内舷外机。
表1 613m 滑行艇阻力计算航速V (kn )1414151431614617149Fn 319541234152418C1851932072161108R T (N )4915512754995579P E (kW )70178791119015197158 考虑到该艇在三级海况下要求正常航行,故在艇型设计中作了如下的考虑:①艇首采用微凸的V 型剖面;②从艇中至艉采用深V 型剖面;③艉部斜升角取16°;④艇底每舷增设三条压浪条;⑤折角线处每舷加设80mm 宽的压浪板。
经设计并建造,该船现已完工。
在满载情况下,我们通过GPS 进行各转速下的测速,结果见表2。
表2 不同转速时的航速N (r/min )2600300036003800V (kn )2517271233103417 在额定转速N =3800r/min 时,航速V =34.7kn 。
我们在试航中发现,该船受波浪影响较小,特别是距艏013L ～014L 区域的飞溅小,航行状况稳定。
艉流平直推移,在航速V >22kn 以后未出现“鸡尾波”。
在满舵回转时,船体横倾不到10°,各方面性能达到设计的要求,深受用户的好评。
该船的总布置见图2,型线图见图3。
4 结束语结合滑行艇的各种特征,根据不同的设计要求,必须考虑其快速性、适航性和操纵性能之间的联系,优化线型设计。
同时,对布置要求合理得当,使艇的重心与线型设计相协调,使各方面性能得到有机的统一,才能设计出优良的艇型。
图3 613m 滑行艇型线图 8 船舶设计与研究 汪建午等 对滑行艇设计的几点思考J IAN GSU SHIPV ol.18,No.4(Serial 84),August 2001(Bimonthly)TRANSACTIONS OF JIANG SU PROVINCIAL SOCIETY OF NAVAL ARCHITECTURE AN D MARINE ENGINEERINGCONTENTSJS 200124201 A noticeable 12,300t R O/R O shipL i u J un ,Zhang Huaif a (1)…………………………… 12,300t RO/RO ship is disti nguished by ship 2ow ner as a f ut uramic ex port ship with 21cent ury advanced stage.The ship is with special char 2acteristics such as highspeed ,automatiz ation and heavy 2duty.It is the representation of modern technique and f lexible design i dea and with obvious 2ly look 2ahead consciousness.Not only can this ship be used f or civil ,but also the military use val ue is com paratively evi dent.The market prospectgof this ki nd of shi p is quite bullish.JS 200124202 Several considerations on the design of planing boat W ang Jianw u ,Ke Jianpi ng (5)……… In this paper ,the resistance and its calculation of plani ng boat is i nt roduced.A si m ple and ef f ective calculation method is put f orw ard.Thei nf l uence of various parameters of plani ng boat on rapi dity and navigability is also analyzed.Fi nally ,a brief analysis is hel d on the design of a6.3m plani ng boat.JS 200124203 Overall system design on a 51,500DWT bulk cargo shipTang Yonghong (9)……………… The general sit uation ,general arrangement ,li nes and st ruct ures ,st ruct ure design ,machi ne and elect ricity set ,characteristics of each systemand general perf ormances on a 51,150DWT bulk cargo ship are i nt roduced brief ly.JS 200124204 Optimizing ship maintenance plans based on analytic hierarchy process methodY u Yi ,L i u Hong ,R uan Jihua (14)……………………………………………………………………………………… Draf ti ng ship mai ntenance plan is a very i m portant item duri ng the ship mai ntenance admi nist ration.The basic pri nciple of draf ti ng plan with analytic hierarchy process method ,general procedures of const ructio the hierarchy process analytical model f or ship mai ntenance plan and com 2puti ng problems duri ng sorti with hierarchy process analytical model have been i nt roduced.JS 200124205 Analysis and treatment on a typical defect of bulkhead of one bulk cargo ship L uo Yi xi n (17)…………………………………………………………………………………………………………………JS 200124206 The system of monitoring and alarm used for marine diesel engine W ang Genf a ,W u L isong (19)……………………………………………………………………………………………………………JS 200124207 A discussion on cables laying of oil tanker L i Y ue (22)………………………………………JS 200124208 The current situation and prospect of computer lofting Guan Yif eng ,Zhang Pi ng ,L i Xiaoli n ,W u Wei (25)……………………………………………………………………………………………JS 200124209 An analysis on the application prospects of integrated system for 3D ship construction used in medium and minitype shipyards Zhou Y anhong ,L iao Chaoyang (30)…………………………………………JS 200124210 An application of EXCE L on account books of painting dressing technology W ang Zhu (33)……………………………………………………………………………………………………………………JS 200124211 An elementary discussion on the f irproof ing inspection for inland minitype oil tanker Tian L i uqun (36)………………………………………………………………………………………………………JS 200124212 Striving for ship enterprise being listed ,developing Jiangsu ship industry Tao Yonghong (38)………………………………………………………………………………………………………………JS 200124213 The application prospects of refrigeratory assembled by horniness polyurethane aerated plastics on the ship Y u Q uanhu (41)………………………………………………………………………………………Director :W ang R enningSponsor :JPSNAME and Ship Design &R esearch Institute of Jiangsu Province Publisher :The Editorial Board of JIANG SU SHIP Published on August 31,2001Chief Editor :Dai XueliangAddress :39Zhengdong R oad ,Zhenjiang ,Jiangsu Province ,China 212003T el :86251124422493 F ax :86251124424389E 2mail :jsship @Printed by :Press H ouse of Jiangsu Science &T echnology U niversityChinese Standard Journal Code No :ISSN 1001-5388CN 32-1230/UAd Business License No :3211005000051Journal Subscription Price :RMB 6.00yuan/each copy。