穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法
高速穿浪双体船船型及性能研究_何义（1）
⾼速穿浪双体船船型及性能研究_何义（1）⾼速穿浪双体船船型及性能研究*何义赵连恩(哈尔滨⼯程⼤学船舶与海洋⼯程系,哈尔滨150001)摘要穿浪双体船(WPC)是在⼩⽔线⾯双体船和⾼速双体船的基础上发展起来的⼀种新型⾼性能船,它保留了SWATH 船型的低阻⾼速、甲板⾯积宽敞等优点,同时融合了深V 船型优良耐波性作者对穿浪双体船的船型及阻⼒和耐波性等⽅⾯进⾏了研究关键词穿浪双体船;耐波性;阻⼒分类号 U 661.3Study of Form and Performance of High SpeedWave Piercing CatamaranHe Yi Zhao Lianen(Dept.of Naval Architecture and Ocean Eng.,Harbin Eng ineering U niversity ,Harbin 150001)Abstract Wave piercing catamaran is a new type of high speed multi-hull ship w hich is different from conventional high speed catamaran.In this paper the hydrody -namic research of w ave piercing catamaran is described.It includes the study of resis -tance and seakeeping perform ance.The results are compared w ith those of round-bilge and deep-Vee hulls.Key words wave piercing catamaran;seakeeping;resistance图1 艇体型线图0 引⾔穿浪双体船(WPC)是80年代在⼩⽔线⾯双体船(SWATH)和⾼速双体船的基础上发展起来的⼀种新型⾼性能船,它保留了SWATH 船型的低阻⾼速、甲板⾯积宽敞等优点,同时融合了深V 船型优良耐波性,克服了SWATH 船⽚体⽆储备浮⼒和空间⼩等缺点因此WPC 具有⾼效节能,综合性能优良,建造⼯艺简单,使⽤成本低,技术风险⼩等特点,已为许多先进国家所采⽤[1]收稿⽇期:1996-05-31* 船舶⼯业国防科技预研基⾦资助项⽬责任编辑:刘⽟明第18卷第4期哈尔滨⼯程⼤学学报 Vol.18, .41997年8⽉ Journal of H arbin Engineering University Aug.,19971 性能与船型1.1 主尺度及⽚体形状在排⽔量已确定的情况下,选择穿浪双体船的长宽⽐L /B ,或确定修长系数L / 1/3,应以付⽒数F 为根据,在F =1.0~3.0的过渡航态范围,其修长系数越⼤则对阻⼒性能越有利,因此相应的长宽⽐L /B 值就越⼤穿浪双体船的容积付⽒数通常在1.5~2.5的范围,较⼤的修长系数可获得较好的阻⼒性能⽚体采⽤深V 形的横剖⾯形状,艏部龙⾻甚⾄可下沉到基线以下,以增加V 形的程度,形成极深V 形,可避免艇艏底部出⽔,从⽽减⼩波浪的拍击⽔线进⾓,根据付⽒数和结构⽅⾯的允许,取得越⼩越好对⾼速轻型穿浪双体船艉底横向斜升⾓,可以根据阻⼒性能和耐波性能来确定,通常采⽤较⼩的的值可获得较⼤的动升⼒,能提⾼艇的快速性能,同时有利于采⽤喷⽔推进器但对于航速较低、排⽔量较⼤的⼤型穿浪双体船,采⽤使后体变平来产⽣有效升⼒的⽅法是不可取的,这是因为升⼒正⽐于尺度的平⽅⽽排⽔量正⽐于尺度的⽴⽅这不仅不能获得所谓的滑⾏特性,改善阻⼒性能,反⽽会使耐波性恶化因此,对于此类船可以采⽤较⼩的艉端收缩系数和较⼤的艉底部横向斜升⾓ 1.2 浮体⼲舷与常规双体船相⽐,WPC 具有较⼩浮体⼲舷,尤其在艏艉两端,⼲舷⼤幅度减⼩,甚⾄为负值,这使得浮体的储备浮⼒沿船长具有合理的纵向分布,以减⼩船体对波浪运动的响应,避免发⽣失速这使穿浪双体船在波浪中具有较⾼的航速,提⾼耐波能⼒,改善船体运动性能,在较⾼的海情下减⼩晕船率,能正常使⽤和发挥武备的威⼒1.3 连接桥和中央船体的形状连接桥和中央船体的形状与船舶在波浪中的运动性能有密切关系连接桥的形状关系到储备排⽔量的分布,因此影响到穿浪双体船的航态控制和耐波性能连接桥的⽔线⾯尖瘦,能提供的附加储备浮⼒很⼩,特别是在靠近艏艉端部连接桥采⽤拱形的横剖⾯形状,有利于减⼩波浪对船体的冲击作⽤,也有利于船体的横向强度中央船体在艏部的龙⾻采⽤下垂的形式,横剖⾯呈深V 形,可缓和在⼤波浪中中央船体艏底部所受到波浪的砰击,同时提供附加的储备浮⼒在⼀般海情下,中央船体不与波浪接触,只有在很⼤的海浪中,其图2 剩余阻⼒系数曲线附加的储备浮⼒可防⽌由于浮体的储备浮⼒不⾜,⽽使船艏过于陷⼊波涛中,以⾄甲板上浪或发⽣埋艏现象1.4 浮体间距浮体间距增⼤,当F r <0.5时,对于静⽔阻⼒的影响,规律性不太明显;当F r >0.5时,⼀般对静⽔阻⼒有利,对耐波性也有利,间距越⼤对艇在横浪中的运动越有利,可使其横向和纵向加速度明显减⼩,特别是在较短横波长的情况下更为有利同时,使甲板⾯积增⼤,有利于舱室布置9 第4期何义等:⾼速穿浪双体船船型及性能研究图3 阻⼒⽐较和甲板载货但是过⼤的浮体间距对船体的横向强度不利,使艇的结构重量增加2 船模试验及结果2.1 船模尺⼨及试验状态试验模型为玻璃钢材料制作,外观光滑平顺,尺度为船模总长1.740m ,⽔线长1.560m ,总宽0.744m ,⽚体宽0.136m ,吃⽔0.036m ,型线图见图1 2.2 试验数据处理2.2.1 阻⼒试验及数据处理阻⼒试验在静⽔中进⾏,试验前对模型重量、吃⽔和浮态等参数进⾏了严格调整,完成了三种排⽔量时,不同航速下阻⼒的测量试验结果见图2 将阻⼒曲线换算成600t 实船的阻⼒曲线,并与同吨位单体船进⾏⽐较,见图32.2.2 耐波性试验及数据处理试验前对重⼼位置和纵横向惯性矩进⾏了仔细调整和校验,完成了迎浪航⾏三种航速不同波长的试验,同时测量记录了纵摇、升沉、艏加速度、艉加速度、波浪增阻,还完成了正横波浪中静⽌横摇试验,测量记录了横摇、升沉值,试验结果见图4,其它结果见⽂献[2] 为了解实船在⼀定海情下的耐波性,需将船模在⽔池规则波试验结果换算成不规则波条件的运动响应,采⽤ITTC 单参数谱,根据试验值可确定幅频响应函数,从⽽计算出不同有义波⾼和航速下对应的运动有义值,计算通过编程在微机上完成图4 耐波性试验曲线3 理论计算由于穿浪双体船⽚体间距⽐较⼤,如计算迎浪情况,可忽略⽚体间的相互影响,细长的⽚体较好地满⾜了切⽚理论的假设,可采⽤切⽚理论进⾏耐波性计算10 哈尔滨⼯程⼤学学报第18卷(a +A 11) Z +A 12 Z +A 13Z +A 12 +A 13 +A 14 =F Zc cos e t +F Zs sin e t(J +A 21) Z +A 22 Z +A 23Z +A 22 +A 23 +A 24 =M c cos e t +M s sin e t⽅程两边除2,满⾜(a +A 11) Z /2+A 12 Z /2+A 13Z /2+A 12 /2+A 13 /2+A 14 /2=F Zc cos e t /2+F Zs sin e t /2(J +A 21) Z /2+A 22 Z /2+A 23Z /2+A 22 /2+A 23 /2+A 24 /2=M c cos e t/2+M s sin e t /2式中, Z Z Z 分别为升沉加速度、速度、位移;分别为纵摇⾓加速度、⾓速度、⾓度;a 船本⾝的质量;J 船本⾝的纵向转动质量;F =F Zc cos e t +F Zs sin e t 是分解成余弦项和正弦项的升沉波浪扰动⼒;M =M c cos e t +M s sin e t 是分解成余弦项和正弦项的纵摇波浪扰动⼒矩;系数A 11,A 12 ,A 21,A 22 是流体动⼒系数,与频率有关其它符号说明参见⽂献[3]由于两⽚体完全对称,因此可按单体船的切⽚理论进⾏⽔动⼒系数计算及求解,但当对该船计算时应做湿表⾯修正,此修正应根据试验进⾏另外,由于艏部的特殊性,也应特殊处理程序说明见⽂献[4] 本计算在单体计算的基础上计算其耐波性能,包括纵摇、升沉、艏艉加速度、波浪增阻等理论计算及试验⽐较见表1表1 穿浪双体船理论计算与试验⽐较(浪⾼2.0m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830理论2.331.300.760.700.400.440.160.251.441.85试验2.481.440.850.730.600.450.240.300.951.51理论计算结果接近试验结果,可以作为迎浪时的耐波性预报4 结果分析及结论(1)由剩余阻⼒系数曲线可知(见图2),此船的阻⼒峰现象明显 F r =0.5时不利⼲扰相互叠加,剩余阻⼒达到峰值,阻⼒⽐同吨位单体船⾼10%,⽆效⼲扰点F r 0据有关资料分析,此类船为0.7附近当F r >F r 0以后,剩余阻⼒曲线明显平坦,所以对于⾼速双体船设计状态取在0.7以后与⼀般单体船⽐较,低速时阻⼒性能稍差⼀些,⾼速时阻⼒性较优(2)通过计算600t 穿浪双体船在航速18kn 和30kn ,波⾼为2.0m (4级海情)和3.5m (5级海情)下的耐波性,并与常规圆舭船及深V 船的⽐较可知(见表2,表3):低速时,由于不11 第4期何义等:⾼速穿浪双体船船型及性能研究能充分有效发挥其穿浪性能,因此耐波性较差;当⾼速时,由于船型发挥了穿浪性能,⽚体象尖⼑⼀样穿过波浪,⼩的⽚体⼲舷更增加了其过浪性能,其运动性能除升沉外,普遍优于⼀般船型表2 穿浪双体船耐波性(浪⾼2.0m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830穿浪船2.481.440.850.730.600.450.240.300.951.51深V 船2.172.100.430.570.410.580.240.372.483.06圆舭船2.752.560.650.820.620.740.300.422.632.92表3 穿浪双体船耐波性(浪⾼3.5m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830穿浪船5.253.871.842.060.830.820.370.573.317.30深V 船4.334.541.141.470.641.030.390.655.439.08圆舭船5.135.331.461.920.831.330.450.745.779.23(3)波浪增阻在各种速度海情下均优于⼀般船型,因此,该船在波浪中可保持⾼航速通过研究表明,穿浪双体船在⾼速时是⼀种耐波性优良的船型,特别适合于车客渡船和其它对耐波性要求较⾼的船型因此,作者认为穿浪双体船是我国⾼速船发展的重要⽅向,具有⼴阔的应⽤前景参考⽂献1 赵连恩⾼性能穿浪双体船的发展与军事应⽤前景 94⾼性能船学术会论⽂西安,19942 哈尔滨⼯程⼤学新型船舶研究室穿浪双体船模型试验报告哈尔滨⼯程⼤学,19933 李积德船舶耐波性哈尔滨:哈尔滨⼯程⼤学出版社,19924 戴遗⼭船舶适航性计算⽅法船⼯科技,1977,(1)12 哈尔滨⼯程⼤学学报第18卷。
穿浪双体船耐波性能预报方法研究
穿浪双体船耐波性能预报方法研究邓爱民 马 骏(中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064)摘 要:基于修正的切片理论的Seakeeper 软件可以用来在方案设计阶段对穿浪双体船进行耐波性的理论预报,平均阻力增量除了在F r >0.6后误差很大外,其他耐波性指标包括纵摇有义值、升沉有义值和垂向加速度有义值在F r <1.0的范围内与船模试验结果相比有较好的精度。
关键词:穿浪双体船;耐波性;修正的切片理论;船模试验中图分类号:U661.32 文献标识码:A文章编号:1673-3185(2006)01-0077-04Study on Pred i cti on M ethodology of Seakeep i n g for W PCD eng A i -m in M a junAbstract:Soft w are Seakeeper is based on the modified stri p theory .This paper with a W PC as ex 2a mp le,calculated the seakeep ing with Seakeeper .A t range of F r <1.0,the calculati on p recisi on of main indexes of seakeep ing qualities are accep table at p r oject design,excep t added resistance at F r >0.6.Key words:wave p iercing cata maran;seakeep ing;modified stri p theory;model test1 耐波性的理论预报方法概述俗话说“海上无风三尺浪”,在海上总是有浪,船员长期在海上生活,如果船的耐波性比较差,船员晕船率高,很多重要工作将无人承担,直接影响到船的使命和任务的完成,甚至会危及整艘船的安全。
2015-船舶阻力(7)-阻力的近似估算方法1
③ ④ ⑤Байду номын сангаас
根据
s
S C r 如果Cp>0.8且L/B≠6.5，由图7-6对 Am 进行修正。
计算Cr—Rr——Rt B/T≠2.4 修正 △Rt=±10（B/T-2.4）×0.5%Rt 2.4<B/T<3.0 取正；其他取负。 总阻力=Rt+ △Rt
S Cr C p L 的值，查 Am
7.3 母型船数据估算法
• 早期的泰勒系列试验图谱：单位排水量剩余阻力等值线的形式，英制单位。 • 1954年盖特勒对泰勒标准阻力数据进行了重新分析整理： 无量纲的剩余阻力系数图表。（不同排水体积系数（∨／L3），Cr—V/L0.5关 系曲线）——设计船的剩余阻力系数； 无量纲的湿表面积系数图谱——船体湿表面积，并记入一定的粗糙度补贴， 桑海公式——摩擦阻力系数。该系列图谱亦称为泰勒－盖特勒系列图谱。
2.泰勒－盖特勒系列阻力估算的具体步骤
e、计算总阻力Rt、有效功率Pe值。
总阻力系数：Cts=Cr`+Cf+ △Cf
总阻力 ： Rts=Cts*0.5v 2S`
有效功率：Pe=Rts v/1000
（N）
（kw）
不同V—重复上述计算—v-Pe曲线
母型—巡洋舰 —适用航速较高船型较瘦（双桨） —普通货船结果偏低
扩展的泰勒系列图谱估算法
剩余比阻力Rr／△图谱的函数关系：
B Rr / f1 , C , C p , Fr T
当B/T、C▽一定时，该函数关系可表示为：
Rr / f 2 C p , Fr
图谱形式是：对每一组B/T，以不同的C▽给出不同的图谱，每张图谱中以
无型线图 — 查Cs图谱 — 插值计算得Cs
船只阻力实验报告
船只阻力实验报告船只阻力实验报告引言：船只阻力是船舶工程中一个重要的研究课题。
了解船只在水中行驶时所受到的阻力，对于设计船舶的船体形状、推进系统以及预测船只的性能等方面都具有重要意义。
本实验旨在通过实际测量和实验验证，探究船只阻力的影响因素以及阻力与速度的关系。
实验步骤：1. 实验器材准备：实验所需的器材包括一艘小型船只、一根细长的绳子、一个测量距离的标尺、一个测量时间的计时器以及一块光滑的水面。
2. 实验准备：将船只放置在水面上，确保船只的船体完好无损，并且没有任何杂物附着在船体表面。
将绳子连接在船只的前部，并将其固定在水面边缘。
3. 实验过程：将船只轻轻推入水中，使其开始行驶。
同时，用计时器计时，并记录船只通过标尺所测得的距离。
重复实验多次，每次实验时，可以改变船只的速度或者其他相关参数。
实验结果：通过实验测量和数据记录，我们得到了以下的实验结果：1. 船只速度与阻力的关系：实验结果显示，船只的速度与阻力呈正相关关系。
当船只的速度增加时，所受到的阻力也相应增加。
这表明船只在水中行驶时，需要克服水的阻力才能前进。
2. 船只形状对阻力的影响：在实验中，我们还改变了船只的形状，比较了不同形状船只的阻力。
结果显示，船只的形状对阻力有着显著的影响。
一般来说，船只的船体越光滑、流线型，所受到的阻力越小。
这也是为什么现代船舶设计中注重减小船体阻力的重要原因之一。
3. 其他因素对阻力的影响：实验中，我们还尝试了改变水的温度、船只载重等因素对阻力的影响。
结果显示，这些因素对船只阻力的影响较小，主要影响船只的浮力和稳定性。
讨论与结论：通过以上实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 船只的速度与阻力成正比，即船只在水中行驶时，需要消耗更多的能量来克服水的阻力。
2. 船只的形状对阻力有着显著的影响，流线型的船体能够减小阻力，提高船只的速度和效率。
3. 其他因素对船只阻力的影响较小，主要影响船只的浮力和稳定性。
综上所述，船只阻力是船舶工程中一个重要的研究课题。
小水线面双体船阻力及其数值模拟方法研究
小水线面双体船阻力及其数值模拟方法研究随着科技的不断发展，人们对于水上运输的需求也越来越高，而其中的阻力问题一直是制约船只速度的重要因素。
近年来，小水线面双体船因其具有较小的阻力、良好的平稳性、大载货量等优点而备受关注。
本文将重点探讨小水线面双体船阻力及其数值模拟方法研究。
一、小水线面双体船阻力的构成小水线面双体船的阻力主要由摩擦阻力、压力阻力和波浪阻力所组成。
其中摩擦阻力和压力阻力发生在船苗和船身表面，波浪阻力则是因为船体在水面上运动时，其周围的水形成波浪导致。
1. 摩擦阻力摩擦阻力指的是，船体表面与水流接触时，由于摩擦而产生的阻力。
摩擦阻力主要受到流体黏性、流体密度、流速、船体表面粗糙度和湍流程度的影响。
通常情况下，摩擦阻力占整个船体阻力的比例较小。
2. 压力阻力压力阻力是由于船体移动时，在船体前部会产生压力导致船体后部产生负压力而产生的。
船体成形和船速是影响压力阻力的两个主要因素。
一般来说，压力阻力约占船体阻力的20%到30%。
3. 波浪阻力波浪阻力是因为船体在水面上运动时，其周围的水形成波浪导致。
波浪阻力是船体阻力的主要组成部分。
波浪阻力的大小与船体速度、船型和水深等因素有关。
对于小水线面双体船而言，由于其设计采用了双体结构，其波浪阻力相对其他类似大小的船而言要小一些。
二、小水线面双体船阻力的数值模拟方法研究1. 流体动力学数值模拟方法流体动力学数值模拟方法是利用计算机模拟流体力学的方法。
通过对流体的运动逆推出其力学行为。
通过数学模型来描述流体的各个特性，使用数学运算求出船体所受到的各个力学参数，进而计算出船体的运动特性，从而对其阻力进行分析。
2. 边界元法边界元法是一种计算机数值模拟方法，其原理是将解析求解过程转化为离散求解。
边界元法适用于很多物理问题，如电磁场、声学、热力学和流体动力学等。
边界元法可以用于计算整个流体流动领域内的力学参数，精度高，计算效率高。
三、结论小水线面双体船的阻力主要包括摩擦阻力、压力阻力和波浪阻力。
不同附体对穿浪双体船阻力和耐波性影响研究
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ６ ４， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｇ ｉ ｖ ｅ Ｕ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ａ ｋ ｅ ｅ ｐ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ Ｗ ＰＣ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｐ ａ ｄ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ
第３ ７卷 第 ７期
２ ０ １ ５年 ７月
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ １ ． ３ ７ ．Ｎｏ ． ７
Ｓ ＨＩ Ｐ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｊ ｕ １ ．，２ ０１ ５
不 同附 体 对 穿 浪双 体 船 阻 力和 耐波 性 影 响 研 究
杨 帅 ， 谢 伟， 许 晟
０ 引 言
穿浪双 体船 自２ ０世纪诞 生 以来 ，由 于其 具 有 高 速 、优 良的耐 波性 、稳 性 好 、舒 适 、吃水 浅 、甲 板
双体 船虽 然快 速性 和宽 敞 的 布置 的确 值得 推 崇 ，可
是遭 遇与 船长 相近 波 长 的 波浪 时 ，耐 波 性 能仍 有 待
提 高。
通 过 与 国外 同 类 型 船 对 比发 现 ， 国 外 在 ２ ０世 纪
宽 敞和 回转性 能 好等 高水 平 的综 合 航 海 性 能 ，以 及
建造 工 艺 简 单 、使 用 成 本 低 和 技 术 风 险 小 的特 点 ，
穿浪双体船尾板减阻数值分析_谢宜 (1)
（ ） １
２ ／ 式中 ： Ｃ ｋ Ｃ ． ０ ８ ４ ５， ｋ 为湍流动能 ， υ υ ε， ε 为湍流动能耗散率 ； υ 为运动粘 ｔ 为湍流运动粘性系数 ， ｔ＝ μ μ ＝０
性系数 。 湍流模式采用 Ｒ 满足方程 ＮＧｋ － ε 模型 ， ／ ／ ／ ［ （ ／ （ ／ ］ ｋ ｔ＋ｕ ｋ ｘ ｘ ｋ ｘ ＝（ ＋Ｐ υ＋υ σ ε， ｉ（ ｉ） ｔ ｋ） ｋ－ ｊ） ｊ） ／ ／ ／ ［ （ ／ （ ／ ］ ／ （ ） 。 ｔ＋ｕ ｘ ｘ ｘ ｋ） Ｃ Ｐ ＝（ －Ｒ ＋ （ ε ε υ＋υ σ ε ε ε ｉ（ ｉ） ｔ １ ｋ －Ｃ ２ ε） ε ε ｊ） ｊ） （ ） ２ （ ） ３
Ｘ Ｉ Ｅ Ｙ ｉ （ ，Ｎ ，Ｗｕ ） Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｖ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ． ｏ ｆ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ３ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｇ ：Ｂ ， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｉ ｒ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｗ ｏ Ｒ ＡＮ Ｓ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｒ ＮＧ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ＶＯ Ｆ ｔ ｗ ｏ ｈ ａ ｓ ｅ －ｗ －ｐ － ｑ ｈ ａ ｓ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ａ ｎ ｌ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｙ ｐ ｇ ｇ ｇ （ ） ： ｉ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗ ａ ｖ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｍ ａ ｒ ａ ｎ ｓ ＷＰ Ｃ ． Ｓ ｏ ｍ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍ ｅ ｄ ｕ ａ ｓ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｓｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ｍ ｐ ｇ ｐ ｏ ｆ ＷＰ Ｃ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ＷＰ Ｃ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ ｉ ｓ ｒ ｅ － ｇ ｙ ｐ； ｐ ， ； ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｕ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ａ ｎ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｔ ｈ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ ｈ ｅ ｙａ ｐ ｇ ｇ ｇ ｐｔ ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ａ ｎ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ３ ° °ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ（ １ ％ ～２ ％） ＬＷＬ ． ～６ ｐ ｇ ｐ ｇ ： ＷＰ ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｃ； ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｌ ａ Ｒ ＡＮ Ｓ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｐ； ｑ ｙ ，ＷＰ 穿浪双体船 （ 是在小水线面双体船和 高 速 双 体 船 的 基 础 上 发 展 起 ｗ ａ ｖ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｍ ａ ｒ ａ ｎ Ｃ） ｉ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｐ ｇ 来的一种新型排水型船舶 ， 广泛应用于高速车客渡船和军用高性能攻 击 艇 。 该 船 型 船 体 由 ２ 个 半 潜 片 体、 拱形支柱 （ 连接桥 ） 和中间船体 （ 水上平台 ） 组成 ， 片体水下部分和中间船体的首部均呈深 Ｖ 型 ， 首部 为尖削而类似梭形的穿浪首 ， 尾部采用方尾 。 该船型的这些特点 ， 使 它 具 有 良 好 的 耐 波 性、 稳性和快速
影响双体船阻力计算的流场CFD因素探讨
关键词 ： Ｆ 双体 船 ； Ｃ Ｄ； 阻力 ； Ｌ Ｅ Ｔ ＦＵ Ｎ
中图分类 号 ：６ １３ 文献标志码 ： 文章编号 ：０ ６７ ４ （０ １ ０ －１ １ ７ Ｕ ６．１ Ａ １０ － ３ ２ １ ） ２ ４ － ０ ０ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｔ ｒ ｆ ａ ｆｏ ｆｅ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｆ ｃ ｏ ｓ ｏ ｗ ｌ ｌ ｉ ａ ｅ ｔｎ ａ ａ ａ ａ ｅ ｉｔ ｎｃ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆ ｃ ｉ ｇ ｃ ｔ ｍ ｒ ｎ ｒ ｓｓ ａ ｅ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ
ａ ｄ ａ ｐ ａ ｔ ａ ｙ ｔｍ ｆｉ ｖ ｓｉａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｉ ｆ ｅ ｔ ｌｆｃｏ ｓｓ ｃ ｓｍｅ ｈ ｇ ｉ ｄ ｎ ，ｃ ｏｃ ｆｎ ｍｅ ｃ ｌｍｅ ｈ ｄ ， ｎ ｒ ｃｉ ｌｓ ｓｅ ｏ ｅ ｔ ｔ ｈ ｎ ｕ ｎ ｉ ａ ｔｒ ｕ ｈ ａ ｓ ｒｄ ｉ ｇ ｈ ｉ ｅ ｏ ｕ ｒ ａ ｃ ｎ ｇ ｎ ｌ ａ ｉ ｔｏ ｓ
ａ ｄ ｔ ｒ ｕ ｅ ｅ ｍｏ ｅ ｓｗｈ ｃ ｆｅ ｔｔ ｅ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌｓｗａ ｅ ｅｏ ｅ ｎ ｕ ｂ ｌｎｃ ｄ ｌ ｉ ｈ ａｆｃ ｈ ａｃ ｌ ｔｏ ｅ ｕｔ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ．Ｔｈ ｏ ｇ ａｃ ｌｔｏ ｎ ｎ ｌｓｓ ｐ ｃＧ ｒ ｕ ｈ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ，ｓ ｅ ｉ ｉ ａｌ ｔ ｈ Ｄ ＬＵＥＮＴ ｃ ｄ ｃ ｌｙ ｗｉｈ ｔ ｅ ＣＦ Ｆ ｏ ｅ，ａ ｌ ｒ ａｉｅ ｓ ｔｏ ｏ ｕ ａｉｎ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｗａ ｕ ｇ ｓｅ ｎ ａｔ ｎ ｔｖ ｅ ｆｃ ｍｐ ｔ ｔ ａ ａ ｔ ｒ ｓｓ ｇ ｅ ｔｄ．Ａｌｏ，ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｅ ｏ ｓ ｈ ｐ ｌｃ —
影 响双 体 船 阻 力计 算 的流 场 Ｃ Ｄ因素 探 讨 Ｆ
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船舶力学
第 15 卷第 1-2 期
7°～11°为宜。 3.5 尾封板浸湿面积比 fT的影响
尾封板浸湿面积和最大横剖面面积比 fT =AT /AM表征片体尾部纵剖线的平直程度和倾斜度， 对穿 浪双体船剩余阻力有重要的影响。 穿浪双体船的片体在整个进流段会激起波浪，所以横剖面面积曲线 应平缓过渡，使排水体积均匀地向船尾分布，但尾部横剖面面积不能收缩过快，在方艉处应保持相当 大的水线宽度和浸湿面积。 尾封板浸湿面积越大，纵向龙骨线与水线的夹角 γ 减小，γ 角一般控制在 2°～4°，这样使得后体水流光顺，减小水流扭转弯曲的程度，减少能量损失，改善阻力性能。 高速时，水 流沿着方尾边缘并延伸到艉后相当长的距离处， 这样在不增加摩擦阻力的情况下增加了船体的有效 长度。 3.6 尾部横向斜升角 β 的影响
MA Jian, ZHANG Zai-fu, LI Hui-min
(China Ship Development & Design Center, Wuhan 430064, China)
Abstract：Upon series of model test and researching of ship design about 30~60m wave piercing catama-
2 穿浪双体船船型特点
2.1 穿浪双体船的船型特点 穿浪双体船采用细长片体，片体长宽比 L/b 一般为 9~15；片体线型采用 V 型剖面，首部为尖削的
穿浪首；片体间距较常规双体船大，间距比 K/b 一般为 3~5；连接桥桥底离水面较高；穿浪双体船特有 的中间体为深 V 外飘横剖面形状，静水中处于航行水线以上；没有复杂的水下装置和附体，船体吃水 小，适于浅水航行。 2.2 穿浪双体船性能特点
图谱，提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法，计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验
的情况下，能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力，对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程
实用价值。
关键词： 穿浪双体船； 艉扰流板； 剩余阻力
中图分类号： U661.31+1
文献标识码： A
Influencing factors of residual resistance and a prediction method of total resistance about wave-piercing catamaran
作者简介： 马 健（1979-），男，中国舰船研究设计中心工程师，E-mail: mj51887@。
第 1-2 期
马 健等： 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析 …
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型参数、片体间距和底部斜升角，并采用垂直艉扰流板技术来控制船体的航态，明显提高了穿浪双体 船的综合航行性能。
国内外已有过关于常规双体船的阻力计算方法，但对于穿浪双体船的阻力预报资料很少，本文在 30~60 米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上，对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因 素进行分析，并绘制了不同片体间距下的剩余阻力系数图谱，该图谱在设计初期缺少模型试验的情况 下，能够较准确地预报实船的阻力，对穿浪双体船船型参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价 值。
应该指出的是 β 角的存在增加了船体横向运动的阻尼，对航向稳定性有好处，对于 β=0°可以采取 增置呆木和垂直舭板来改善航向稳定性和回转性，但导致附体阻力略增，在航速较宽余的情况下可以 考虑应用。 3.7 艉扰流板的影响
采用如图 1 所示的艉扰流板后穿浪双体船减阻效果较明显， 因此艉扰流板也是影响剩余阻力的 重要因素之一。 穿浪双体船容积傅氏数均小于 3.0，处于排水航行状态，设置艉扰流板后，重心处船体 上抬了，但航行纵倾角减少、艏部下沉；加上艉扰流板尺度很小，船体总的浸湿面积变化不大，引起摩 擦阻力的变化不大，主要是使得剩余阻力明显减小。 当然，艉扰流板与螺旋桨或喷水推进装置一起将 引起尾部流场的变化，对形状阻力会有所影响，有待于精确的流场测量及进一步研究。
第 15 卷第 1-2 期 2011 年 2 月
船舶力学 Journal of Ship Mechanics
Vol.15 No.1-2 Feb. 2011
文章编号： 1007-7294（2011）01-0032-08
穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及 总阻力预报方法
马 健， 张再夫， 李惠敏
（中国舰船研究设计中心， 武汉 430064）
艉扰流板相比水平尾板和楔形板，结构强度容易保证，便于安装，而且由于艉扰流板是沿着片体 尾封板安装，可以设计成可调式，在 40 米级的穿浪双体船上已经采用这种可调式航态控制装置，根据 实船试航结果灵活调整扰流板深度。 从系列模型试验的结果可以得出如下结论：
（1） 艉扰流板可以调整穿浪双体船的航态，达到有效降低阻力的目的，减阻率可达 6%~15%。 （2） 艉扰流板深度对穿浪双体船总阻力的影响较大，对于设计点存在最佳艉扰流板深度 h，如图 2，为模型试验时艉扰流板深度 h 在设计点附近对阻力的影响曲线，从图上可以看出 h 过小，减阻不明 显；h 过大，不仅会引起高速时船体埋艏、阻力增加，而且使减阻范围减少，艉扰流板适宜的深度与艉板 宽度之比约为 1％～2.0％。
用于圆舭高速双体船。
笔者认为片体长宽比 L/b 在瘦削系数中
图 1 艉扰流板示意图
图 2 艉扰流板深度的影响
Fig.1 Sketch map of stern interceptor
Fig.2 Effect of the height of stern interceptor
1/3
3.8 瘦削系数 L/△ 的影响
瘦削系数是影响穿浪双体船剩余阻力的关键因素之一，瘦削系数越大，剩余阻力系数减小，对于
德数 Fr 随 △/ !0.1L "3和片体间距比 K/b 的变化规律曲线，从曲线中可以看出：随着排水量长度系数的
减小，剩余阻力干扰系数逐渐减弱，出现有利干扰的傅汝德数增大；在同样的排水量长度系数下，片体
间距比增加，出现有利干扰的傅汝德数减小。 文献[4]中的结论对常规高速双体船有一定的参考价值，
但其排水量长度系数的变化是以船长不变，改变排水量来实现的，没有反映出长度的影响，而且只适
片体宽度 b 通常是在满足机舱布置的前提下尽可能取小值， 以保证最佳片体间距比 K/b 的选取 和片体长宽比 L/b 的加大。 b/T 对阻力影响主要表现在片体的摩擦阻力上，对剩余阻力的影响不大。 3.3 浮心纵向位置的 XB的影响
XB 对穿浪双体船剩余阻力系数的影响和常规单、双体船类似，XB 向船首移动，使首部肥大，对降 低兴波阻力不利，XB 向船尾移动，使尾部肥大，对降低粘压阻力不利。 低速时，兴波阻力在总阻力中占 的比例较小，加上穿浪双体船片体瘦削，粘压阻力也较小。 浮心纵向位置在设计中要与全船的总布置 情况和重量重心的分布一起综合考虑，应控制穿浪双体船静水中的尾倾在 0.5°左右为宜。 3.4 水线首端半进流角 iE的影响
1/3
在剩余阻力系数图谱的绘制中，采用 L/△ 作为重要影响的参数之一，随着瘦削系数的增大，片体细
长，剩余阻力系数减小。
文献[4]中排水量长度系数 △/ !0.1L "3与本文的瘦削系数类似，也是表征片体长度与排水量的综合
影响，文献在模型试验的基础上归纳得出高速双体船干扰系数 △Cr/Cr 曲线和出现有利干扰起始傅汝
1/3
rans (WPC), the influencing factors of residual resistance are presented. L/△ , K/b and the height of stern interceptor are important in these factors for the resistance of WPC and have optimization value for ship design.Some diagrams about residual resistance at different distances of demi -hulls and a prediction method of total resistance about WPC are put forward.The calculation of an example shows that this method can predict the total resistance of WPC exactly and has high efficiency.It is dependable for optimization of influencing factors of residual resistance and prediction of ship speed. Key words: wave piercing catamaran; stern interceptor; residual resistance
1引 言
“海峡号”穿浪双体船的成功研制填补了我国自主研发穿浪双体船的空白，改变了依靠、使用国外 专利技术的局面，取得了良好的经济效益和社会效益，实船使用证明该船的综合性能已达到国际先进 水平。 这种片体艏部呈菱形的穿浪双体船型是我国特有的穿浪双体船型，通过系列模型试验，优化船
收稿日期： 2010-06-25
快速性好，其细长片体、大的间距比和尖削的船艏有利于减少阻力；耐波性好，其 V 型片体线型和 穿浪首的设计，以及中间体的设置使升沉、纵摇和运动加速度减小，波浪中失速减小，中小浪可穿浪而 行；安全性好，大的片体间距，使得横稳性好，抗风能力强；操纵性好，其细长片体和大的间距比加上喷 水推进的应用，使其航行稳定性、回转性能均优于常规单体船舶；此外，宽畅甲板面积和充裕的空间， 有利于布置各种装置、工作和生活设施，以及各种需要空间支持的新技术的应用。 穿浪双体船由于船 型的限制，也有一些不足之处，如船体结构较为复杂、由于纵向和横向摇摆的周期接近，波浪中容易产 成横、纵向摇摆的耦合，纵向运动较大，耐波性受使用海域波长的影响。