前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
三体船布局对阻力影响的初步研究的开题报告
三体船布局对阻力影响的初步研究的开题报告
题目：三体船布局对阻力影响的初步研究
研究背景：
作为常见的深空探测器，三体船在空间探测中担任着重要的角色，然而对于三体船的阻力问题，目前仍存在着不少的争议。
三体船中心引力互相影响，因此船体结构
布局对传感器的影响也不容忽视。
因此，对于三体船的布局结构的阻力影响问题进行
研究，对于提高航空器运行效率和减小对环境的影响具有重要意义。
研究目的：
本研究旨在通过数值模拟和实验研究方法，探索三体船的布局结构对空气中的阻力、升力等物理参数的影响，并寻找优化布局的方法，以提高船体的设计效率和降低
燃料消耗。
研究内容：
1.通过CFD软件对三体船的布局结构进行建模，并分析各个零部件对阻力的贡献。
2.通过风洞试验等实验方法，对三体船布局方案的阻力系数进行测试，并对比分析各种布局方案的优劣。
3.借助MATLAB等数据分析软件，对试验数据进行处理和分析，并寻找优化布局的方法，以达到最高的运行效率。
研究意义：
三体船在现代探测事业中起着举足轻重的作用，通过对其布局结构的阻力影响进行研究，可帮助设计师更好地选择适合的布局结构，提高航空器运行效率和降低燃料
消耗，具有重要的实际应用价值。
三体船模型阻力性能的试验研究
较 大 。我 们通过 试 验 ， 探索 当侧 体 与 中体 的不 同组
合 形式 时 ， 三体 船 的 阻力 变化 规 律 。从试 验 数 据 中 找 出最佳 组 合 。为 理 论 上数 值 计 算 的 三 体船 兴 波 阻力 的结果 提供验 证 。
侧体 主要 的 作用 是 提 高稳 性 和 耐 波 性 Ｊ 。三 体 船
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第 ８卷
第２ 期 ２
２０ ０ ８年 １ 月 １
科 Ｎｏ ２ Ｎ１ ． １８ ．２ ） ｖ
２ ０８ ０
１７ — ８９ ２ ０ ）２ ６５ —３ ６ １１１ （ ０８ ２ — １６０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎ
第 一 作 者 简 介 ： 大 明（ ９ ７ ）男 ， 北 秦 皇 岛 人 ， 苏 科 技 大 学 杨 １６ 一 ， 河 江 实验 师 ， 究 方 向 ： 舶 与 海 洋 工 程 试 验 ， － ｉ：ｄ ６ １＠ ｙｈ ｏ 研 船 Ｅｍａ ｙｍ ７ ２ ａｏ ． ｌ
ＣＯｍ ． Ｅ１ 。 ， ３
要 考虑 它们 的相 对 位置 ， 需 要 ９个 参 数来 描 述 三 共 个 船体 ， 参 数 来 描 述 它们 的相 对 位 置 。 由于船 ４个 舶 是关 于纵 向中心 线对 称 的 ， 述船 舶 基本 形 状 的 描 参 数可 以减少到 ８个 ， 即主船 体 的长 度 、 宽度 、 吃水 ，
２０ ０ ８年 ８月 １ １日收 到 校 企 科 技 服 务项 目（０ ４ Ｈ ３ Ｈ） ２ ０ Ｃ ０ ９ 资助
侧 体 的长 度 、 宽度 、 吃水 ， 体 中横 剖 面 相对 于 主船 侧 体 的 中横 剖面 的纵 向位 置 和总 宽 （ 主船 体距 侧体 的
三体舰船研究综述
三体舰船研究综述摘要：近年来,舰船研究与设计人员一直在探索新的舰船设计的思想,寻求适应21世纪的新的舰船构型.为了在成本、生命力、隐身性等舰船设计的一些关键因素上寻求新的突破,舰船设计人员根据单堆栈船或双体船设计上的经验与启示,提出了三体船的设计思想.这是一种创新的设计思想,目前的一些研究成果显示：在降低寿命周期和采购费用、具有较好的耐波性、具有更灵活的内外甲板设计以及减少物理特性等方面,三体船都具有可观的前景.关键词：三体船；研究现状；设计方案；技术特征近年来,特种排水型高性能船型的研究趋于活跃,如深V 型船、小水线面双体船以及穿浪双体船等都是研究和实用较多的船型,还有一种新船型高速三体船引起了人们很大的关注.高速三体船水下部分由中体(主船体)和两个小侧体(辅船体)组成,3个船体均为细长片体,中体比普通单体船更加瘦长(L/B大约在12到18)之间,侧体排水量不超过中体排水量的10,连接桥将侧体与中体连接成一体.这种船型构造使高速三体船的兴波阻力小,2个侧体又能提供足够的稳性,连接桥还具有提高总纵强度的功能,同时还有利于形成宽阔甲板面,为设备布置提供更大空间.此外,该船型也具有优良的耐波性,尤其是可避免双体船的“扭摇”(横摇与纵摇的耦合摇摆)与“急摇”(短周期的横摇),并可明显减小纵摇和升沉.高速三体船用作军船还有防护能力、破损稳性以及隐蔽性好,利于武器系统分散布置、模块化设计和直升机操作等优点.尽管高速三体船与常规单体船相比也有制造工艺复杂、制造成本高的缺点,但鉴于在主要技战术性能方面的优势,该船型适合用作多种水面舰船,如高速护卫舰、驱逐舰、导弹艇、猎潜艇等,甚至有人认为高速三体船是未来航母的潜在船型,其应用前景相当广阔.1.国内外研究现状20世纪70年代原苏联就对三体船的深、浅水阻力进行了理论研究,随后国外又发表了一些三体船方案分析和模型试验的文献.90年代这种新船型开始得到厂商的青睐,有少量实船付诸营运,如爱尔兰的三体船“冒险家”号.从90年代中期开始,该船型受到国外军方重视,美、英及北约其它成员国的海军对该船型都产生了兴趣.英国在此期间开始投入了大量资金对军用三体船进行研究与设计论证, 于2000年建造出了98.7m长的三体试验舰“RV 特里顿”号(“海神”号).该试验舰是按护卫舰的概念以2/3的比例缩小设计建造的,下水后进行了广泛的实船试验,目前实船试验仍在进行.英国“未来水面战舰(FSC)计划”将三体船作为第一候选船型,并计划到2013年以FSC替代22型、23型护卫舰.此外,意大利对高速三体船也进行了较为系统的理论计算和模型试验研究,研究内容包括片体布局优化、兴波阻力特性、波浪中的运动特性以及船体结构强度等.北朝鲜则对2500t级的高速三体船的片体布局和快速性进行了研究,采用了模型试验、理论计算与分析的方法,研究船型与护卫舰相近.美国军方则提出了47. 7kn航速“蓝骑士”号巡逻艇、30kn以上航速驱护舰,以及32kn航速25700t的“海妖”号大型战舰构想,并长期派员参与英国“海神”号实船试验.法国、日本、加拿大也表现出了对三体船的兴趣.在国内,近几年高速三体船的研究也开始受到重视.20世纪90年代末至本世纪初哈尔滨工程大学、海军工程大学、上海船舶科学研究所和上海交通大学几乎同时对高速三体船的船型与水动力进行了研究,初步了解到其兴波阻力、耐波性方面具有较大优越性.当代三体船的研究已有20多年的历程,直到90年代中期以后高速三体船的研究才取得了较大发展. 这期间国内外高速三体船的研究主要集中在水动力理论、模型试验、船型优化以及概念设计等方面,也有少量关于结构强度方面的文献,如将双体船的剪力和扭摇力矩公式作适当变换使之适合于三体船的强度计算,通过计算实例指出三体船的扭摇力矩可以忽略,剪力和弯矩是成比例的.2．设计方案研究在三体船的研究中,曾有过很多种方案设计,针对舰船,航母,英国伦敦大学曾提出了如下设计方案,以供海军装备部门进行比较选择.第一种是反潜护卫舰.该设计方案提出的设想是用细长的三体船来执行世纪型护卫舰所承担的防卫任务.这一设计引起了英国国防部的浓厚兴趣.其特点是在动力推进系统和直升机在小型舰艇上的布置方面.第二种是近海巡逻艇.在此设计方案中,该三体船重吨,比吨的单体船重,但推进装置所需的功率反而比单体船小.设计人员预测,三体船的单舰建造成本并不比单体船大.该设计的总体布置更加灵活,直升机的布置也更加方便.据估计, 该三体船具有更好的耐波性,在一级海况中,该型三体船的最大持续航速比单体船要高出一节.第三种设计方案是小型航空母舰.本方案是根据防务研究局的要求,按单体船的设计改变而形成的,其目的是检验未来航空母舰对这种新的设计概念的适应性,这一设计方案不仅在耐波性或推进系统方面,而且在飞行甲板的总体布置以及生存能力方面都显示出优势.其飞行甲板很宽,它可以使飞机的升降装置布置到跑道之外.这表明,三体船型长而宽的特点可以在给定的飞行甲板长度的要求之下,使排水量更小,造价更低廉.第四种设计方案是防空驱逐舰.该设计方案能满足现代防空驱逐舰队的要求.由于其较宽的上层甲板,三体船型的防空驱逐舰在居住舱室和作战空间的布置上显示出更加灵活的优越性.另外,推进装置能以较小的功率产生较大的推进力.第五种设计方案是轻型护卫舰.该研究与一个相似要求的单体船设计相对应, 目的是考察吨的近岸巡逻艇与超过吨的护卫舰之间的设计范围.对于以上这几种设计方案,伦敦大学的研究人员从稳定性、航速和功率、阻力、推进系统、耐波性、操纵性、结构、生存能力、总体布置等方面作了进一步的研究.为进一步选取最佳方案打下了基础.3.技术特征三体船是为适应世纪反潜作战需要而开发的一种新的高性能船舶,它与常规单体排水型船舶相比,具有七大特点.一、隐身性能好三体船的上层建筑低矮平滑,船体暴露部位虽双面体或多面体,四周转角处做成圆弧状可减少对雷达波的反射,有较好的雷达隐身性能.机舱排气道布置在主船体与舷侧船体之间,从而减少了红外信号特征.机械设备尽可能布置在较高的位置,加上舷侧体的屏蔽,可减少舰船自身的辐射噪声.二、航行阻力小三体船的主船体长宽比约为,与一般单体船相比狭长许多,这就大大降低了高速航行时的兴波阻力.研究表明,即使带有舷侧船体,三体船航行时的阻力也要比同样大小单体船航行时的阻力小.这就使其在高速航行时,可相应减少主机的输出功率,进而节省燃油.三、上甲板宽阔与单体船相比,三体船的上甲板非常宽阔,这将为舰船的布置提供十分便利的条件,可使武器和电子设备分散布置,减少了它们彼引间的相互干扰.同时,宽大的甲板还使其便于布置更大的直升机起降平台,搭载更多的反潜直升机,从而大大加强舰艇的反潜作战能力.四、生存能力强三体船的主要设备和人员、弹药等均布置在船体内,两侧的舷侧船体可对其起到关键的保护作用.即使在主船体中弹、破损后, 其稳性也超过单体船.同时, 船的动力和操纵还可通过其他船体来实现三体船的主要设备和人员、弹药等均布置在主船体内,两侧的舷船体可对其起到关键的保护作用.即使在主船体中弹、破损后,其稳性也超过单体船.同时,船的动力和操纵还可通过其他船体来实现. 五、适航性改善由于采用发般龙骨、减摇鳍等减摇措施,三体船的升沉、纵摇、横摇等均有所减小.主体与舷侧体间存在一定距离,使相互间的波浪干扰较小.与双体船和小水线面双体船相比, 波浪拍击对三体船的影响也较小.六、建造费用低按照常规单体护卫舰一贯采用的正常程序进行估算,三体护卫舰的建造费用比单体舰的建造费用少,总费用包括作战系统低.这是因为三体船型结构使舰的推进系统和电子系统有所简化设备重量的减轻和只采用一根主轴,又使舰相应减少了基座和支撑的重量,从而进一步降低了建造费用.七、改装余地大三体船宽阔的空间,武器、电子设备的布置,还有利于实现模块化,便于今后的现代化改装.同时,加宽三体船的舷侧船体可增加船的稳性,这也为以后的现代化改装提供了余地.4.展望由于高性能三体船在耐波性和稳性方面有较大优势,尤其是高速三体船能够避免双体船的“扭摇”与“急摇”.而国内研究和应用起步比较晚,许多技术还不成熟,理论研究也不是很透彻,国际上的许多研究都是在十分保密的情况下进行的,公开发表的文章并不多见,加上该船型的上述较之其它高性能船的明显优势,根据国民经济发展水平、人民生活水平提高的需求、军事战略的要求,通过深入的理论分析和模型实验,得到较详实的水动力实体参数,实现船型优化,建立高性能三体船型的理论预报模型将十分有意义.因此为促进高速三体船的实际应用,应当做进一步研究,如:(1) 开展对实船航速的超高速三体船研究;(2) 采用已有的或新的工程优化方法对高速三体船进行船型优化研究;(3) 以三维面元法开展高速三体船在波浪中的运动研究,并进一步开展高速三体船兴波阻力以及粘性阻力计算方法的研究;(4) 展开高速三体船的军事应用、船体结构和总布置方面的研究.。
三体船随浪中的完整稳性研究
三体船随浪中的完整稳性研究在航海中，船舶的稳定性是一个非常重要的问题。
稳定性是指船舶在遇到外部扰动时能够保持稳定状态的能力。
对于三体船这种特殊的船舶形式，其稳定性研究显得尤为重要。
本文将针对三体船在波浪中的稳定性展开探讨。
一、三体船的基本结构三体船是一种由三个主要船体构成的船舶，通常是两个较小的侧向船体和一个较大的中央船体组成。
这种结构能够提供更大的承载能力和稳定性，适用于一些需要大型载货的船舶。
二、波浪作用下的三体船稳定性在波浪中，船舶会受到波浪的冲击力和摇晃力的作用，而对于三体船来说，由于其结构的特殊性，波浪的作用会更为复杂。
一方面，三体船的中央船体会承受更大的波浪力，另一方面，侧向船体会对中央船体产生一定的支撑作用，从而影响整个船舶的稳定性。
三、三体船在波浪中的完整稳定性研究1.理论分析通过对三体船在波浪中的受力分析和动力学建模，可以得到船舶在波浪中的运动方程，进而可以计算出船舶在不同波浪条件下的稳定性情况。
同时，可以借助计算流体动力学（CFD）模拟软件来模拟船舶在波浪中的运动情况，以进一步验证理论分析的结果。
2.模型试验为了验证理论分析的准确性，可以进行三体船在波浪水池中的模型试验。
通过在模型水池中模拟不同大小和方向的波浪，观察三体船在波浪中的运动情况，并对其进行分析和评估。
这种试验可以为进一步的研究提供基础数据。
3.实际海试验最终，为了验证理论分析和模型试验的结果，可以进行实际的海试验。
在真实海洋环境下，观察三体船在不同波浪条件下的稳定性情况，并对其进行评估。
通过海试验可以更加真实地反映出船舶在波浪中的实际表现。
四、结论三体船在波浪中的完整稳定性研究是一个复杂而重要的课题，需要结合理论分析、模型试验和实际海试验来进行全面研究。
只有深入了解船舶在波浪中的受力情况，才能更好地提高船舶的稳定性性能，确保船舶的安全航行。
希望未来能够有更多的研究投入到这个领域，为船舶工程的发展和进步贡献力量。
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析
三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析船舶在航行过程中，由于涉及到复杂的水动力学问题，船体的运动也会受到多种因素的影响，而横摇是其中比较典型的一种运动形式。
因此，对于舰艇进行操纵和控制时，必须充分考虑到船体的横摇运动，并采取相应的措施，以保证船舶的安全性和航行效率。
在本文中，将介绍一种船舶操纵与横摇耦合运动试验与分析。
一、试验目的本次试验的目的是探讨船舶操纵与横摇耦合运动的特性，并对其进行分析。
通过试验，可以得到以下方面的参考数据：1. 船舶在不同操纵条件下的横摇幅度、周期和频率等参数。
2. 不同操纵条件下的船舶横向加速度及姿态角等参数。
3. 分析船舶操纵与横摇的耦合特性，探究操纵对横摇的影响以及如何通过操纵来控制和减小船舶的横摇运动。
二、试验方法本次试验采用的是真实船舶模型，通过在水槽中设置波浪平台来模拟船舶在风浪条件下的横摇运动。
试验过程中将记录下来船舶的操纵动作，如舵角、推进力等参数，并通过惯性测量系统来实时记录船舶姿态、速度、加速度等数据，最终利用Matlab等工具进行数据分析和处理。
三、试验结果在试验过程中，分别对舵角、速度等操纵参数进行多次试验，得到了相应的实验数据。
其中，船舶的横摇振幅和周期与船速和船舶构型等因素都有关系，试验结果如下：1. 船速对横摇振幅的影响：当船速较低时，横摇振幅较小，随着船速增加，横摇振幅逐渐增大，达到一个最大值后开始逐渐减小。
2. 船舶构型对横摇振幅的影响：在相同的船速下，不同平台宽度的船舶，横摇振幅也有所不同。
当平台宽度较小时，横摇振幅会比较大，而平台较宽时则会有所减小。
3. 操纵对横摇的影响：若未加任何操纵时，船舶的横摇运动会明显增大，而操纵动作（如舵角）的变化可以对横摇进行控制和调节，减小横摇的振幅和周期。
四、分析和结论通过对试验结果的分析，得出了以下结论：1. 横摇运动受多种因素的影响，如船速、船舶构型等因素都会影响横摇振幅和周期的大小。
2. 操纵动作可以帮助减小船舶的横摇振幅和周期，调节范围也受舵盘角度的限制。
船舶阻力试验简介
船舶阻力试验简介船舶阻力与造船工程实际密切相关，对设计性能良好的船舶具有重要意义。
迄今为止，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
船模试验中计算实船阻力的基本方法依旧在实船建造的前期工作中占有极大的比重，因此本文通过了解、学习各种相关论文分析船舶阻力试验的各种方法介绍并简要叙述其优缺点。
1阻力分类目前，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
在船模试验中，模型船体并不安装螺旋桨等推进器，而是依靠一定的牵引力在水池中进行匀速向前运动。
因此在进行模型试验时候我们只模拟船舶航行阻力中水阻力中的静水阻力。
而静水阻力通常由裸体阻力和附体阻力组成，其中裸体阻力还会受到环境条件的影响而发生变化。
进一步划分的话，船的裸体阻力还将包含有摩擦阻力和压阻力两种阻力成分。
根据性质的不同，压阻力还含有粘压阻力和兴波阻力两种阻力。
因此我们在高速三体船模型阻力试验中的阻力研究主要研究船的总阻力、黏性阻力和兴波阻力三种阻力。
2研究船舶阻力的方法船舶阻力的研究方法分别有理论研究方法、试验方法和数值模拟。
1）理论研究方法应用流体力学的理论，建立物理或数学模型，根据有关试验观察和测量，结合理论的推演计算。
对于像船舶快速性这样的复杂问题，往往只能获得基本的、定性的解决。
2）数值模拟根据数学模型，采用数值方法（数值模拟）预报船舶航行性能和优化船型和推进器的设计。
但是，由于船型复杂多样，围绕船体的流动也极为复杂，因此数值模拟只能解决部分问题，而大量快速性的实际问题，主要的还是依靠模型试验。
3）试验方法试验方法包括船模试验和实船试验。
船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论（或因次分析）制作小尺度的船模和桨模，在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。
许多优良船型或重要船舶几乎都要进行船模试验。
在船舶快速性研究的历史上，船模试验一直是最主要的方法，在某种意义上说，曾经是唯一的方法。
但船模试验有其局限性，诸如因尺度效应不能完全模拟实船的情况等。
三体船阻力性能的初步试验研究
杨大明
科究
杨松林 韩 斌
（ 苏科 技 大 学 船 舶 与 海 洋工 程 学 院 ， 苏 镇 江 ２２ ０ ） 江 江 １０ ３
摘 要： 三体船 的超 细长的船体使 剩余 阻力大幅度降低 ， 而且 消波性能好 。 其侧体与 中间主船体之 间的前后相对位置和横 向距 中间距离对其耐 波性及阻力性能影响较 大， 通过试验 ， 索了一 些侧体与 中体 不同组合型式三体船的 阻力变化规律 。 探 关键 词 ： 体 船 ； 能试 验 ； 舶 阻力 ； 三 性 船 高性 能
水， 侧体的长度 、宽度 、吃水 ，侧体中横剖面 论 。 （）侧体相对 主体的前后不 同位置对有效 １ 最 近 几 年 各 种 超 细 长 多 体 船 型 Ｓ Ｍ 相对于 主船体 的中横剖 面的纵 向位置 和总宽 ＳＨ （ｕ ｅ ｌｎ ｅ ｌ ｕ１ Ｓ ｐｒ Ｓｅｄｒ Ｍｕｔ Ｈ ｌ ｉ ）相继 被 开发 ，超 （ 主船体距侧体的距离可 由此而定） 。侧体不必 马力 的影响。 细长的船体使其剩余阻力大幅度降低 ，而且船 象 主船体一样纵向轴对称 。侧体的长度 和首尾 在傅 汝德数小 于 ０ 时 ，侧体放 在 中间 ， ． ３ ． ４ 长的增加对改善耐波性有利 ，甲板面积小和稳 位置是由船体产生的波形 和稳性决定的。为了 整艘 船的有效马力较小 ；在傅 汝德 数大于 Ｏ 性木足的问题则通过采用多体结构来解决。这 减 小阻力 ，消除波浪 ，侧体尽可 能靠后布置 。 时 ，侧体 放在尾部 ，整艘船得有效 马力较 小 ； 圾 样便相继 出现了具有两个超细长片体的双体船 军船对于破损稳性的要求 以 希望重点舱 室得 所 以在建造实船 时，应根据设计 的航速来选择 以及以一个超细长船体 为主、两侧配置 ２个或 到保护 ，需要将 其布 置在主体 的 中横 剖 面位 侧 体的前后位置 。吃水相 同，侧体 间距相同 ， 一 。［ 甲 ＿ ０８ 薪 四 ４ 个侧体 而形成 的所谓三体 船 （ｒ ａ ｎ Ｔｉ ｒ ）或 置 ，这 意味着侧 体的位 置 比民船 的设 计更靠 比较侧体 中部 、 ｍ ａ 尾部情况 。侧体在尾部 的阻力 五体船 （ｅ ｔ ａ ｎ 。三 体船主 要从 片体之 前。海船对破损稳性的要求越高 ，则水线 面积 变化 隋况要 比在 中部阻力情况好。 Ｐｎ ｍ ｒ ） ａ ａ （）吃水对有 效马力 的影响。 ２ 间 的有 利兴波 干扰来 寻找一 种有效 的消 波船 就越大 ，因此船舶的侧体就越长 。侧体的长度 型 。侧体主要 的作用是提 高稳性和耐波性 ［ 占到主船体的 １ １ 。 三体船与排水量相当的常规单体船相 比，船长 ４ ％才能达 到 ０ 较短 ，船宽大 ，甲板面积大 １ － 倍。三体船 英国国防部的 ．２ ５ 的最大特点是消波性能好 ， 这一优点不仅改善 要求。主船体 快速性 ，提高运输效率 ，而且 明显减少波浪对 长宽比上限为 河岸的冲刷 以及增加了航道 中船 只和人员的安 １ ．～ ５２ ３５ ｌ．，而 全性 ；在 高航速下具有 良好 的功率特性 、良好 单 体 船 仅 为 ． ～ ． 的耐波性 ；三体船具有宽敞的甲板面积和 良好 ５ １ ８ ３ 。 试 验 是 在 的安全性 ，由于船宽较大 ， 复原力矩大 ，稳性 好 ，储备浮力大破舱后不会出现 翻船 、沉船危 我校原来的拖 ｏ １ ｏ ２ ｏ ３ ｏ ４ ｏ ５ ｏ ６ 险 ，抗沉性好 ，防导弹和鱼雷攻击的生存能力 曳 水 池 中 进 强 ；较好 的舒适性和灵活的操纵性 ；良好的经 行。因试 验水 傅汝 德 数Ｆ ｒ 济性 。是一种很有发 展前途的新船型 ｌ 卅。可 池的最高车速 图 １ 侧 体 吃 水 间距 相 同前后 位 置不 同时 ｃ 随 ｎ 变化 曲线 ｒ 见 ，三体船不仅在军用上 ，而且在 民用上也有 为 ２ ／。 进 ｍｓ 在速 度小 于 ０８ ／ ，吃水影 响并 不明 ．ｍｓ时 发展潜力 。可以作为近海巡视船 、缉私船 、 供 行 系列 船模 阻力 拖曳 试验 的傅汝 德数 在 Ｆ ＝ ．～ ． 显 ；在速 度大 于 ０８ ／ ，吃水 减少 ，有效 ．ｍｓ时 应船 、旅客船等 。英国国际电气通信公司的三 ０２ ０６范 围进 行 。 Ｖ 马力有一定下降 ，即三个片体做的大一些而吃 体船 “ 冒险 ”号 （ 总吨 ｝ 量 ：４ ／６；船 水 ５３ ｔ Ｖ￣＝ ｍ／ Ｆ — ＝ ＝Ｏ ６ ２ ｓ ． 水小一些 ，将能够适 当减少有效马力 。 长 ：３ ．ｍ；宽 ： １．５ ４９ ３９ ｍ；吃 水 ： １ ｍ；航 速 ： ． ５ Ｖ ｇ Ｌ ＾２ （ ３ ）侧体距 主体不 同宽度对有效马力 的影 １／２节 ，续航力 ４ ０ ６２ ０ ０海里） ，可以在浪高 ３ ｍ Ｌ － １ １ ３ ８ ｍ ３ ７ ７ 响。 的海况下 ，保 持 １ 航速 ，７ ８节 ６天环 球一 圈 所以主船 体长度 １ ｍ，宽度 ０ ８ｍ，长 ． ２ ．６ ０ 体 现出 良好的适航性和续航力 。英 国计 划 在吃水相同，侧体间距不同的情况 。间距 ４，吃水取 船宽 １２左右 ，取 ００ ｍ； 不是变大或是减小 就可 以减少阻力 ，而是在出 ／ ．４ 建 造 ５０ｔ ８ ０ 护卫 舰 ，并建 成 了 １０ ｔ 验 船 宽 比为 １ ２０试 ［ ５ １ ． ｍ，宽度 ０ ３ｍ，长宽 比为 １ ； 现某一间距为分界点 ，当在这一 间距上增大或 ．４ ０ ２ 相信在不远的将来 ，三体船将会 出现在我 侧体 长度 ０４ ０ １ ％ 减小 时 ，阻力都会降低 。当侧体位 于中部时 ， 国近海和内河航线上。三体船 的侧体与中间主 按照侧体排水 量 占主船体排水 量的 １ ％一 ５ 取侧体吃水为 ０ ３ 。 ． ｍ ０ 宽 度 对 有效 马力 影 响较 大 ，在 高 速 （ 大于 体之间 的前后位 置和横向距 中间距对其稳 性 、 计算 ， 试验 以变换船模 中主体和侧体的位置来进 ９３ ／）和低 速 （ ． ｓ ｍ 小于 ５３ ／）时 ，对 应侧体 ．ｍ ｓ 耐波性及 阻力性 能影 响较大 ，我们通过试 验 ， 侧体 中横剖面相对于主船体的中横剖 面的 间距 为最宽 （５ｍ ２ ｃ ）时 ，有效 马力最小 ；当 探索当侧体与中体 的不同组合形式时 ，三体船 行 ， 种 （ 位于 中部 、位于 尾部） ，主 速度在 ５３ ９３ ／ 之间时 ，对应侧体间距为最 ．～ ．ｍ ｓ 的阻力变化规律 。从 试验数 据 中找 出最 佳组 纵向位置取 ２ 船体距侧体的 中心距离 位置取 ３ 种 （ 、２ 、 窄 （５ｍ １ ０ ５ 合。 １ ｃ ）时 ，有效马力 最小 。当侧体 位于 ２ ｃ ） 吃水变化 ３ （、５ ｃ ） 共做 １ 尾部时 ，未发现宽度变化对有效 马力有明显影 ５ｍ ， 次 ４ 、６ｍ ， ８ １模 型 试验 现代 三体船设计采用的基本形式 。水动力 种不同情况的试验。另外试做侧体 吃水 比主体 响 。 ｃ 、３ ｃ （ 由摩擦 阻力系数 、剩余 阻力系数 、总 ４ ） 学表明 ，高性能 的三体船应有较大的 中体和一 吃水浅 ２ ｍ的情况 ，即吃水在 ２ 、４ｍ 的 阻力系数曲线 图中可见。 对较小的侧体 。三体船由连接箱体相连。模型 情况。 ２结果分析 的设计 ，对于某一排水量 的单体船来说 ，决定 剩余 阻力曲线形成波峰和波谷 ，总阻力系 试验结果计算 ， 在满足傅汝德数相等 的条 数 曲线在很大程度上反映了剩余 阻力系数的变 船型的主要参数是长度 、宽度 和吃水 。对三体 船而言 ，还需增加参数 ，因为现在 由三个船体 件下 ，将其换算 到实船 。摩 擦阻力 系数 Ｃ 按 化规律 ，剩余阻力对有效马力 曲线 的形状影响 ９ ７Ｔ＂ Ｃ公式计算 ，采用二 因次方 法 ，算 较大。根据 图谱分析可知剩余阻力系数变化很 代替了一个船体 ，而且还要考虑它们的相对位 照 １５ Ｉ １ 置 ，共需要 ９ 个参数来 描述三个船体 ， ４个参 出剩余阻力系数。将剩余阻力系数、摩擦 阻力 大 ，并且 是呈现波动波峰 、波谷 十分明显 。因 数来描述 它们 的相对位置。由于船舶是关于纵 系数 、总阻力系数随傅汝德数变化绘 成曲线 。 此剩余阻力 的变化对总阻力的影响也是十分明 ０ ｔ（ ６ 向中心线对称 的，描述船舶基本形状的参数可 按 排水量 ５ ０ 缩尺 比为 ３ ）换 算成实 船的 显 ，总阻力 系数的变化与剩余阻力系数的变化 下转 ２ ２ 】 ０页 以减少 到 ８个 ，即 主船体 的长度 、宽度 、吃 有效马力 ，并绘成 曲线 。通过比较得 出如下结 就十分相 似了。剩余阻力变化 （
三体舰的先驱 调查报告
三体舰的先驱调查报告三体舰是英国目前正在研制的新型舰,该型舰打破了传统舰型,具有极大的应用潜力。
英国海军早已抛出三体护卫舰的设想,并从去年开始设计建造了一艘名为“海神”号的试验舰。
在过去的一段时间,中外军事媒体对三体护卫舰方案及“海神”号的有关设计情况多多少少作了报道,如今,“海神”号已顺利下水,并将在7月开始进行海试,此时“海神”号的详细性和真实性就不言而喻了。
让我们共同对这位三体舰的先驱进行了解与评判。
巨大的诱惑英国国防部在90年代初期即开始研究军舰采用三体舰型所能带来的效益。
此项研究工作由国防鉴定研究署领导,国防工业部门、舰船学术机构及其它地方科研院所参与研究。
初步结果表明,三体舰型的军舰较之普通单体舰型军舰来说,在理论上有许多优点,主要归纳如下:①阻力最小。
三体舰的主舰体细长,水线面系数较小,因此兴波阻力与摩擦阻力都小。
②节省动力。
由于三体舰的阻力小,使舰体在比较高的航速时可节省功率约20%。
由于军舰的装机功率由最高航速决定,因此,安装的推进动力装置也就可以小一些,相应地节约了动力装置的采购费用。
③稳定性好。
根据三体舰破损稳定性要求,舷侧舰体长度约为主舰体长度的40%,这使得整舰稳定性较高,允许在桅杆上更高、更重地安装设备,增加了未来的改装发展潜力。
另外,三体舰型也使整舰的生命力得到提高。
④适航性好,可在更高的海况下保持较高的航速。
⑤增大空间。
三体舰可使上甲板面积增加40%,航空设施和武器系统有了更大的布置空间,直升机起降区甚至可设在运动最小的舰体中部区域。
⑥隐身性好。
三体舰上的机械设备设在上层建筑较高的部位,减少了水下辐射噪声。
动力装置产生的废气可排放在主舰体与舷侧舰体之间,减小了红外信号。
由于三体舰在理论上拥有以上众多优点,英国军方对这种军舰十分想往。
为验证三体军舰的实用性,英国国防部于1997年7月与沃斯帕·桑尼克罗夫特公司简称沃·桑公司签订了一项价值1300万英镑的合同,建造“海神”号三体试验舰,用于评估三体舰型在未来英海军战舰上的实用性,以后将作为通用试验舰继续使用。
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2 School of Naval Architecture Engineering, Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China Abstract: The resistance and motion characteristics of trimaran hull form have been studied by experi-
模型编号 b /m a/ m -1.3 0.7 1 -1.0 0.7 2 -0.7 0.7 3 0.0 0.7 4 1.0 0.7 5
持不变, 即设定 b = 0.7 m, 只变换侧体的纵向位 置。 沿着主体的船长方向,由船尾至舯前共选取了
图 1 三体船模型横剖面示意图 Fig.1 The body plan of a model trimaran
y b Ls
角线型, 通过模型试验研究三体船侧体的不同纵 向位置对三体船阻力和运动性能的影响, 并依据 试验结果,提出“前三体船”的概念。
本文三体船模型的主体和侧体均选取方尾折
2 三体船模型试验
2.1 模型设计
的比例缩小后略加修改得到的。 主体与侧体之间 通过两个平行的木质横梁连接, 这样不仅能保证 图 1 所示,主要船型参数如表 1 所示。
线型的船体,两个侧体是在主船体的基础上按 4∶1
三体船模型的主船体选取的是一个方尾折角
o Lm a
x
三个片体之间的固定连接,又能方便侧体在横向、 纵向位置的移动。 三体船模型的横剖面示意图如 三体船的两个侧体相对于主体有许多不同的
2.2
图 2 三体船构型示意图 Fig.2 The sketch of trimaran configuration
1 大连海洋大学 海洋工程学院,辽宁 大连 116023 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 运载工程与力学学部 船舶工程学院,辽宁 大连 116024 2
摘 包括三体船在静水中的阻力试验和在规则波中的运动试验两部分。 实验结果表明,三体船侧体的纵向位置对三 力性能和运动性能。 基于此,提出前三体船的概念。 中图分类号:U661.31 要: 采用模型试验方法研究了三体船侧体的纵向位置变化对三体船阻力性能和运动性能的影响。 模型试验
试验方案设计
本文设计的模型试验是将侧体的横向位置保
摆放位置, 这些不同的摆放方式称之为三体船的 不同构型。 为便于描述主体与侧体之间的相互位 置关系,选取了一个直角坐标系。 坐标系原点 o 位
5 个不同的侧体纵向位置 , 并据此设计得到了 5 种不同的三体船构型,具体参数如表 2 所示。
表 2 三体船构型参数 Tab.2 The parameters of different trimaran configurations
mental method. The model experiment consists of two parts: the resistance experiment on calm water and the motion experiment in regular waves. According to the experimental data, it can be found that the longitudinal arrangement of the side -hulls plays an important role in trimaran resistance and motion cantly improved by placing the side-hulls before the mid-ship of the main hull. Based on the experimental results, a new ship type known as fore-body trimaran is presented. test Key words: semi-planing fore-body trimaran; resistance characteristics; motion characteristics; model characteristics. For high speed range, the trimaran resistance and motion performance could be signifi-
贾敬蓓 1
宗 智2
张文鹏 2
体船阻力和运动性能的影响显著;在高航速段,将侧体的纵向位置选取在主体舯前位置,能明显改善三体船的阻 关键词: 前三体船; 阻力性能; 运动性能; 模型试验 文献标志码:A 文章编号:1673 - 3185 ( 2011 ) 02 - 09 - 06
Fore-Body Trimaran and Experimental Study of Its Resistance and Motion Characteristics
主要参数 表示符号 Lm Bm Dm
m
第6卷
对圆舭细长船体的三体船模型进行
数值 0.358 0.170 0.129 1.899 0.530 0.085 0.004 5 0.201 0.524 0.100 1.00 4.00
行了阻力模型试验。 Se 等[7]对主体采用半滑行艇 线型的三体船进行了阻力模型试验。 何木龙等[8] 应用均匀设计法进行了三体船模型试验, 并根据 试验结果系统地分析了三体船的兴波干扰特性及 其阻力性能。 郦云等[9]对主体和侧体均为 Wigley 丰等
宗 智(1964 - ) ,男,教授,博士生导师。 研究方向:船舶与海洋工程。 E-mail:zongzhichina@163. com
称性、排水量及攻角等对三体船阻力特性的影响。 了阻力和运动模型试验。 顾敏童等[5]对高速小水 李培勇等
[3-4]
10
中
国
舰
船
研
究 表 1 三体船模型的主要船型参数 Tab.1 Main particulars of a trimaran model
自 20 世纪 70 年代起, 三体船逐渐受到世界 各国研究人员的关注 [1], 有关三体船阻力和运动
收稿日期: 2010 - 04 - 12
基金项目: 创新研究群体科学基金: 海洋环境灾害与结构安全防护(50921001); 国家重点基础研究发展计划项目:复杂装 作者简介: 贾敬蓓(1984 - ) ,女,博士,讲师。 研究方向:船舶水动力学。 E-mail:jiajingbei_1221@163. com 备研发数字化工具中的计算力学和多场耦合若干前沿问题(2010CB83270)
第6卷 第2期 第 2011 2 期年 4 月
doi: 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 3185 . 2011 . 02 . 002
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.6 No.2 Apr. 2011
前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
7 6 5 4 3 2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Fn 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 a=-1.3
池中进行,该水池长 160 m,宽 7 m,水深 3.7 m。 模型试验共包括两大部分: 一是三体船在静
三体船模型试验在大连理工大学船模拖曳水
第2期
β 代表浪向角,且 β = 180°为迎浪。
0.1 ~ 1.0; 二是三体船在规则波中的运动响应试 验,具体如表 3 所示。 表中的 λ 代表规则波波长;
1 引 言
甲板面积宽、快速性好、耐波性优、稳性好、抗沉性 用、民用市场均有广阔应用前景的新船型。 高 、生存能力强 、改装余地大等优点 ,是一种在军 与常规排水型单体船相比, 高速三体船具有
性能方面的研究也成为热点, 其研究方法主要有 理论分析、船模试验和数值计算。 其中,船模试验 验的费用高且耗时,因此,目前有关三体船船模试 验的数据和资料并不多。 近来,国际上在三体船阻 试验结果论述了三体船侧体的横向纵向位置 、 对 因其结果的可靠性而备受人们关注, 但因船模试 力和运动性能方面进行了大量试验研究。 Ackers 等 [2]进行了大量的三体船模型阻力试验 , 并通过
水中的阻力试验 , 其傅汝德数变化范围为 Fn =
贾敬蓓等:前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究
系数。
阻力 ,再由公式(3),即可求得三体船的剩余阻力 Cr =
1 ρV 2S (2) 2 总阻力减去总摩擦阻力即得到三体船的剩余 R f = Cf ×
11
表面积,m2。
Rr (3) (1 - 2)ρV 2S 式中 ,R r 为船模的剩余阻力 ,N; ρ 为水的密度 , 1 000 kg / m3;V 为船模的航速,m / s;S 为船模的湿 傅汝德数变化的曲线如图 4 所示。
侧体设计水线处船宽 / m 单个侧体排水体积 / m 侧体方形系数 侧体设计吃水 / m
3
侧体设计水线长 / m
度, 并对这种三体船型的阻力性能进行了模型试 验研究。 蔡新功等[11]选取一个主体为圆舭船型、侧 Hebblewhite 等 通过模型试验研究分析了三体船 侧体的纵向位置变化对三体船运动响应的影响。
[12]
体具有相同的线型, 但主体主尺度小于侧体主尺 体为尖舭船型的三体船进行了模型阻力试验 。