（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）复合船型模型试验分析.pdf

哈尔滨工程大学硕十学位论文 于两斐 鉴于国情，中小型舰艇主要是单体排水式船型，在未来相当长一段时间 内，单体排水式船型仍然是水面舰船的最基本的选型。然而中小型常规单体 排水式舰船受其尺度和船型的制约，耐波性较差、波浪中失速严重，不适应 高海情安全航行的要求。 本文针对4 千吨级深v 单体复合船型，选择一种控制船舶纵向运动的方 案，并通过试验证实方案的效果，最终从多种方案中选择一种加装组合附体 的船型，证明了减摇组合附体应用于四千吨级船上的可行性。 模型试验表明组合附体能够减小船舶的纵摇运动、升沉运动，尤其是大 幅度降低艏艉部加速度。静水阻力试验表明由减纵摇组合附体构成的4 千吨级 单体深v 复合船型的静水阻力与单体深v 船型相比变化不大；规则波试验和不 规则波试验均证实了减摇组合附体有良好的抑制船舶纵向运动的效果，初步 证实了一定航速范围内，船舶航速越高组合附体的减摇效果越好。而且无论 较低海情还是较高海情减摇组合附体均有良好的减摇效果。 综合考虑并对比了多种方案的试验结果后，选择了一种相对较佳的方案， 同时兼顾了耐波性和快速性的要求。这种新型减纵向运动组合附体，具有工 程应用价值，它为开发高性能排水式复合船型提供了新的途径和手段，从而 获得最佳的综合航行性能。 关键词：模型试验；组合附体；耐波性；快速性； 哈尔滨1 二程大学硕十学位论文 a b s t r a c t i nv i e wo ft h en a t i o n a lc o n d i t i o n s ，t h em e d i u m s m a l ls c a l en a v a lv e s s e l a b o v ew a t e ri s m a i n l yd i s p l a c e m e n tt y p em o n o h u l l ，t h ed i s p l a c e m e n tt y p e m o n o h u l lr e m a i n st h em o s tb a s i cs e l e c t e dt y p eo ft h ev e s s e la b o v ew a t e rd u r i n g f u t u r eq u i t el o n gp e r i o d b u tt h en o r m a lm e d i u m s m a l ls c a l ed i s p l a c e m e n t t y p e m o n o h u l li sl i m i t e db yi t sy a r d s t i c ka n ds h i pt y p e ，i ti sw o r s et ob ea b l et ob e a r w a v e s ，a n dt h es t a l li nw a v ei ss e r i o u s ，w h i c hd on o tm e e tt h ed e m a n do fh i g hs e a f i g h t sa n ds a i l ss a f e l y i nt h i sp a p e r , ap l a nu s e dt oc o n t r o lt h el o n g i t u d i n a lm o t i o n so fs h i p sw i l lb e c h o s e nf o ran e wt y p e4 0 0 0 td e e p vh y b r i dm o n o h u l l ，i t se f f e c tw i l lb ec o n f i r m e d w i t ht h et e s tr e s u l t s f i n a l l y , as h i pf e a t u r e da s e m i s u b m e r g e db o w 丽t ht h ef i n s i sc h o s e nf r o mm a n yk i n d so f p l a n t h es t a b i l i z i n gb u i l t u pa p p e n d a g ei sa p p l i e d t ot h es h i p 谢t ht h et y p e4 0 0 0t o n n a g ei sp r o b e di n t o t h em o d e le x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ec o n f i r m e dt h a tt h eb u i l t - u ps t a b i l i z i n g a p p e n d a g ei s a b l et or e d u c e p i t c h i n g ，h e a v i n gm o t i o n sa n de s p e c i a l l yb o w a c c e l e r a t i o nc o n s i d e r a b l y t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h er e s i s t a n c eo ft h ed e e p v h y b r i dm o n o h u l li sc l o s et ot h eo r d i n a r yd e e p vs h i p t h er e g u l a rw a v ea n dt h e i r r e g u l a rw a v ee x p e r i m e n t ss h o w st h a tt h eb u i l t u pa p p e n d a g ei sv e r ye f f e c t i v et o s t a b i l i z et h el o n g i t u d i n a lm o t i o n ，a n di n ，t h er o u t i n e s p e e dr a n g e ，t h eh i g h e r e f f i c i e n c ya b o u tt h eb u i l t u pa p p e n d a g et h eh i g h e rs p e e da b o u tt h es h i p t h es h i p w i t ht h eb u i l t u pa p p e n d a g es h o w sh i g h e rr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c ei nw a v e sa n di s w i t hs m o o t h e rm o t i o nt h a nt h a tw i t h o u tt h eb u i l t - u pa p p e n d a g ei n s p i t eo fs e a s t a t eh i g ho rl o w e r b yc o n s i d e r a t i n ga l lt h ea s p e c t sa n dc o m p a r i n gw i t ht h em o d e le x p e r i m e n t a l r e s u l t so fm a n yp l a n s ，ap l a nw h i c hr e l a t i v e l yb e t t e ri sc h o s e n ，i ts a t i s f i e sb o t h s e a - k e e p i n gp e r f o r m a n c ea n dr e s i s t a n c e t h en e wk i n do fb u i l t - u ps t a b i l i z i n g 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a p p e n d a g eh a st h ev a l u eo fb e i n gu s e di n e n g i n e e r i n g ，a n di ta l s op r o v i d e sn e w a p p r o a c ht od e v e l o ph i 曲p e r f o r m a n c eh y b r i dm o n o h u l li nt h ef u t u r e ，s ot h a tw e c a l lh a v et h eb e s tg e n e r a ln a v i g a t i o n a lc a p a b i l i t i e s k e yw o r d s ：m o d e lt e s t ；b u i l t - u ps t a b i l i z i n ga p p e n d a g e ；s e a - k e e p i n gp e r f o r m a n c e ； r e s i s t a n c e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：j 丝互 一 日期：h 衫年月乙日 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 船舶在追求高速化的同时，也对包括适航性在内的其它方面的性能提出 了更高的要求。在这过程中出现了多种优良船型，如深v 船型、小水线面船 型、s s b 船型以及穿浪船型n 1 等。这些船型均是以改善船舶耐波性为目的，但 由于不同新船型根据实际使用要求、尺度限制、功能及造价等制约，广泛推 广应用还存在一定问题，而单体排水式船舶仍在当今和未来相当长的时间内 主要选用的基本船型，如何大幅提升这类船舶的耐波性尤为重要，这也正是 本文研究的主要目的。 1 1 1 改善船舶耐波性的必要性 现代船舶除快速性需要满足要求外，还应具有在高海情下优良的适航性 以及满足安全航行要求。而从现有的水面船舶看，快速性、耐波性兼有的高 性能船型并不多见，尤其是中小型常规的单体排水式船舶受其尺度和船型制 约，耐波性较差、波浪中的失速严重，不适应高海情安全航行的要求。但在 未来相当长一段时间内单体排水式船型仍然是水面船舶的最基本的选型。如 何提高这类船舶的耐波性、提升高海情下船舶的适应性已成为研究的热点。 1 1 2 本文的目的和意义 近年来，随着交通工具的高速化，出现了一系列高性能船型，伴随着也 带来一系列问题，其中比较重要的要算适航性能方面的问题。1 9 8 0 年，迈克 尔埃米斯先生曾向意大利船级社提交了一份论文，来论述未来水面船舶在 造船工程方面的进展情况；而其论文的基础就是北大西洋公约组织中7 个成 员国的3 5 位专家经长期科学研究后所提出的报告，这份报告的结论，简要论 述了适航性在未来水面船舶设计中的重要价值。 实践证明，对常规排水式船，欲通过改变船型而使耐波性有较大改善是 存在一定困难的；同时，船舶的主尺度又受到多种因素的制约，使耐波性的 改善也很有限。依据流体力学等原理畸1 ，开展了深v 复合船型的流体动力理 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 论和试验研究，即在深v 船型近艏底部加一半潜首或特殊的球鼻艏及加一半 潜首和艏鳍构成的两种单体复合船型，采用艏鳍联合径1 半潜艏来控制船的纵 向运动。组合附体由千吨级推广到四千吨级并不是简单的比例缩放，基于现 有船型，探寻出一种适合4 千吨级船舶选型的新型高速复合平台，使其在航 行性能、耐波性及各种性能指标方面都达到一个新的高度，且具有工程上的 可行性。 1 2 纵向减摇组合附体减摇原理及作用 目前，国外尚无有关组合附体工程应用于减纵摇运动的报道，但在减纵 摇运动方面也作了大量的努力，尤其是在上个世纪六七十年代，发展较为迅 速。自1 9 5 0 年首鳍及首龙骨的出现，人们就从事控制船舶纵向运动的研究， 但由于纵向运动能量大，周期短，而且随航速、波浪条件不同首鳍的减摇效 果以及作用在鳍体的外力变化很大，因此各种减纵摇鳍装置目前在常规单体 船上还未达到实用阶段。我们考虑到半潜体可有效抑制船舶的纵向运动，将 半潜体安装在船的基线以下，这样半潜体给安装固定鳍创造了良好的力学环 境，由此形成一个新型减纵向运动组合附体的方案，使半潜体及首鳍分别承 受减纵向运动稳定力矩的载荷n 6 1 ，这样既满足了附体结构强度的要求，避免 首鳍的振动，又能提高减纵向运动的效果。组合附体减纵向运动的基本原理 是利用船舶在波浪中航行的纵向运动，在半潜体上产生稳定纵向运动的阻尼 力矩和恢复力矩，在固定鳍上依靠船舶本身的纵摇及该处的垂向运动产生的 攻角引起的动身阻尼力矩，始终与船舶纵向运动方向相反，这样半潜体及首 鳍组合将产生较大的纵向运动稳定力矩n 即，以达到减缓纵向运动的目的。 下面对几种形式的减纵摇装置和研究情况进行介绍。 1 2 1 船舶减摇研究概况 艏鳍可安装在龙骨下方的船体或支柱上。由于在波浪中船艏的相对运动 较大，所以艏鳍对纵摇运动影响最大，艏鳍的结构形式和尺度大小，决定了 减纵摇效率的高低和由于涡的形成引起的艏鳍振动。 自1 8 6 5 年，威廉弗劳德( w i l l i a nf r o u d e ) 首先提出利用舭龙骨减小 2 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 横摇，英国亨特船厂德e 德鲁西特于1 8 7 9 年受到启发在一艘汽轮上装了一 对艏鳍以减小纵摇，之后一百余年，众多学者发展了艏鳍减小纵摇理论，理 论和试验表明加装艏鳍后，可以较大幅度地增加船的升沉阻尼和纵摇阻尼， 使得船在较宽频带范围内的运动受到抑制。这是因为加入艏鳍后，船在升沉 方向的运动诱发的水流与水平方向的来流汇合，在鳍上产生一个攻角，由于 船以一定速度前进，鳍上便产生一升力，这一升力抑制船在升沉方向的运动。 从船舶运动方程来看，此升力相当于增加了船的升沉运动阻尼，同时将纵摇 对升沉运动的耦合作用削弱。对于固定首鳍而言，鳍上实际攻角不仅与船的 升沉线速度有关，而且与船的纵摇角位移、纵摇角速度、鳍处波浪质点的垂 向轨圆速度有关，甚至与船的升沉线加速度、纵摇角加速度有关，但与船的 升沉位移无关，这是由于尽管船有升沉位移，但在鳍上并不产生攻角，因此 就不会产生升力。 1 9 9 0 年，哥伦比亚大学在船艏鳍的安装位置和控制方面有过一些结论研 究。日本防卫厅提出了选择纵摇减摇鳍尺寸和安装位置的方法。巴塔查理亚 给出了确定固定式艏鳍的尺寸及减摇效果的计算公式。d t m b 的g 斯特芬对 几种形式的艏鳍安装在船体不同位置进行了比较研究，他的研究结果表明： 最大纵摇减摇效率为3 7 ，然而也发现和艏鳍有关的船体横向振动问题。 半潜首为一流线型的细长体，通常安装于船艏底部。设置半潜首的最初 目的是其可以抑制船的纵向运动。半潜首船型是近十几年内出现的新船型， 由日本三菱重工首先提出，并在一艘快速客船上安装半潜首，营运状况良好。 日本的木原和之啪1 等曾针对不同排水体积的半潜首做过船模试验和理论计算 研究，加装半潜首的船模的耐波性能的确优于裸船模。试验证实半潜首可在 谐摇区附近较窄的频带范围内较大幅度降低船的艏部加速度。但使阻力增值 较大，半潜首体积越大阻力增加越大。 从9 0 年代初开始，哈尔滨工程大学船舶工程学院就一直从事新型纵向减 摇组合附体盼1 的研究。采用理论与实践相结合的方法，对前期开发的耐波性 较优良的6 0 0 吨级深v 船型加装多种纵向减摇组合附体方案( 不同s s b 尺度， 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 及s s b 加装固定艏鳍的多种形态) 进行阻力及耐波性理论与试验研究，结果 表明，s s b 加艏鳍船与裸船比较，曲线峰值处纵摇运动幅值降低3 0 左右， 垂向运动幅值降低2 0 左右，艏部加速度降低4 6 左右，艉部加速度降低 2 5 左右。专家鉴定认为其研究成果达到国际先进水平，有创意，该成果获 9 7 年中国船舶工业总公司科技成果三等奖。 为进一步改善穿浪双体船的纵向运动性能，提高舒适性，降低晕船率， 在穿浪双体船上加装了纵向减摇组合附体，理论计算和模型试验再一次证明 了纵向减摇组合附体减纵向运动效果是显著的。 研究表明： 1 半潜首可减缓船舶的艏部垂向加速度和纵摇，特别是在波长船长比( 入 l ) 爹蓍彳3 7 57 5 纵剖线纵剖线纵 v 6 横剖示意图 v 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 0 5 0 6 一 d 1 纵剖示意图 鳍的编号： 1 析点廿 d 2 纵剖示意图 l f。j 形，乏 心磁线 矮烬nb d 么 二玉5 够羧 一 三；每9 一 d 1 横剖示意图 | ；【，土 ， ? r 乏 填“h 蕾 埘l，2 乞乏荔 熬她後爹多矿 馁、弋弋严”“。 z 。 3 7 5蝴7 5 纵剖线 豸 d 2 横剖示意图 鳐1鳝2 鳍的剖面均为同一流线型翼型，形状为三角形。鳍2 比鳍1 弦长减小、 展长增大，保持平面面积不变。附体的基本安装位置如上所示的示意图。鳍 的基本安装位置为a ，位置b 是附体a 处后移，位置c 是a 处前移，水平 安装在附体两侧。 3 2 模型试验 3 2 1 模型静水阻力试验 1 ) 关于速度修正 船模横剖面面积与水池横剖面面积之l l , j , 于1 3 7 5 时，因阻塞而引起的 模型水动力误差不大于1 。本试验的船模横剖面面积与水池横剖面面积之 哈尔滨工程大学硕士学位论文 比小于( 0 3 7 5 x o 1 0 1 ) ( 7 o 3 5 ) = 1 6 4 7 ，可不做因阻塞而引起的速度修 正。 2 ) 关于附体的说明 试验除了组合附体外，未加装任何其它附体，对于半潜体和鳍的影响均 作为裸船体阻力的一部分加以考虑。对于其它附体如轴支架、舵、舭龙骨等 的影响，本试验未作研究。 表3 4s o 静水阻力试验原始数据 船模速u ( r w s )阻力r ( n )重心升沉z ( m m )纵倾角0 ( o ) o 7 31 3 3 70 7 2 8 0 0 0 4 3 0 9 82 3 4 4 - 1 5 20 0 0 5 4 1 2 23 6 4 82 。4 5 20 0 0 0 7 1 4 65 4 5 2。3 4 50 0 2 4 0 1 7 1 7 5 7 84 2 4 30 0 6 0 6 7 1 9 5 1 0 0 3 0 46 4 8 0 20 0 7 4 2 2 21 4 1 0 4 68 3 3 1 20 2 9 4 6 2 4 41 9 4 7 1 71 0 1 9 2 40 6 3 5 0 2 5 6 22 2 2 0 0 11 0 7 8 810 。8 4 2 3 2 2 6 82 4 8 9 41 0 8 7 9 81 0 1 4 6 2 8 0 62 7 6 9 21 0 5 5 5 51 。1 8 4 9 2 9 32 9 9 1 71 0 2 5 6 1 1 3 0 8 8 8 注：升沉以向下为负，纵倾角以埋首为负。( 以下各表相同) 表3 5v 0 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )阻力r ( n )重心升沉z ( m m )纵倾角0 ( o ) 0 7 3 1 3 6 10 5 40 0 0 5 6 0 9 82 4 1 6 2o 8 80 0 0 1 1 2 23 92 7 6 0 0 0 6 2 9 哈尔滨工程大学硕士学侍论文 1 4 65 7 1 1 3 8 4 50 0 0 7 1 7 18 3 184 7 7 60 0 0 9 2 1 9 5 1 0 6 8 7 56 7 80 1 4 6 2 21 4 6 9 88 6 2 0 3 4 5 2 4 4 1 9 6 6- 9 7 80 6 8 6 2 5 6 22 2 。4 7 84 5 1 0 8 9 3 2 6 82 4 6 9 1 0 3 0 31 0 6 1 2 8 0 62 7 2 81 0 2 41 2 4 2 9 32 9 。6 2 99 0 81 3 5 表3 6v o 比s o 静水阻力增加百分数 船模速度s 0 阻力v o 阻力v o 阻力增加百 ( m s ) r ( n )r ( n ) 分数 o 7 31 3 3 7 1 3 6 11 7 9 5 0 6 0 9 82 3 4 4 2 4 1 6 23 0 8 0 2 0 1 。2 2 3 6 4 83 96 9 0 7 8 9 1 4 65 4 5 25 7 1 14 7 5 0 5 5 1 7 17 5 7 8 8 3 1 89 7 6 5 1 1 1 9 51 0 0 3 0 4 1 0 6 8 7 56 5 5 1 0 8 2 2 1 4 1 0 4 61 4 6 9 84 2 0 7 1 4 2 4 4 1 9 4 7 1 71 9 6 60 9 6 7 0 4 2 5 6 22 2 2 0 0 12 2 4 7 81 2 5 1 8 0 2 6 82 4 8 9 4 2 4 6 9。o 81 9 4 7 2 8 0 62 7 6 9 22 7 2 81 4 8 7 7 9 2 9 32 9 9 1 7 2 9 6 2 90 9 6 2 6 6 3 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 n 5 m1 52 02 53 + 0 船蹶速l ，s 壹 n 蜉 索 0 倒 0 5 o1 52 02 53 0 船懊园葑吣 图3 1 模型阻力曲线图3 2 模型升沉曲线 0 51 , 01 52 d2 53 0 图3 3 模型纵倾角曲线 由试验结果知，低速时v o 阻力比s 0 大，高速时减阻。由于v o 增加了 湿表面积，低速时摩擦阻力在总阻力中所占比例较大，因此导致低速时总阻 力增加较多：随着航速的增加，抑制了兴波阻力，而使总阻力与原船型趋近 甚至减小。 表3 7v o 、v 1 、v 4 、v 5 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 阻力rv 1 阻力rv 4 阻力rv 5 阻力r ( m s ) ( n )( n )( n )( n ) 0 9 82 4 1 6 22 8 82 8 72 7 9 3 1 4 65 7 “6 7 1 56 8 3 86 6 5 9 1 9 51 0 6 8 7 511 5 1 91 1 6 61 1 3 8 2 哈尔滨1 二程大学硕士学位论文 2 4 41 9 6 62 0 3 82 0 4 5 52 0 2 4 2 9 32 9 6 2 93 0 。9 3 4 3 0 5 4 3 0 1 7 8 表3 7v 1 、v 4 、v 5 比v o 静水阻力增加百分数 船模速度v 1 阻力增加百v 4 阻力增加百v 5 阻力增加百 ( m s )分数分数分数 0 9 8 1 9 1 9 5 4 31 8 7 8 1 5 6 15 5 9 4 7 4 1 4 61 7 5 8 0 111 9 7 3 3 8 51 6 5 9 9 5 4 1 9 5 7 7 8 0 11 79 0 9 9 4 156 4 9 8 2 4 6 2 4 4 3 6 6 2 2 5 84 0 4 37 4 42 9 5 0 l5 3 2 9 34 4 0 4 4 6 93 0 7 4 6 91 8 5 2 9 1 4 表3 8v o 、v 1 、v 4 、v 5 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 升沉v 1 升沉v 4 升沉v 5 升沉 ( m s )( m m ) ( m m )( m m )( m m ) o 9 8o 8 82 1 5 62 7 42 2 8 1 4 63 8 4 53 4 53 6- 3 2 8 1 9 5 6 7 86 3 87 4 8 - 7 5 2 4 49 7 8- 1 0 9 31 1 5 81 1 4 5 4 2 9 39 0 81 0 4 51 0 9 2一1 0 7 9 表3 9v o 、v 1 、v 4 、v 5 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 纵倾角0v 1 纵倾角0v 4 纵倾角ov 5 纵倾角0 ( m s ) ( o )( o )( o )( o ) o 9 8 0 0 0 10 0 2 o 0 0 1 4o 0 1 2 1 4 6 0 0 0 7 0 0 3 80 0 0 5 40 0 2 1 1 9 50 1 4 60 0 8 60 0 3 8 70 0 7 4 2 4 40 6 8 6o 60 5 9 80 5 8 6 2 9 31 3 51 2 8 81 2 9 51 2 4 7 3 2 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 z v 崔 r 盟 2 1o 赵n 8 on 8 艘 孥a 4 舔n 2 o o 也2 1 01 52 02 53 , 0 船l 燃s s 暑 一 爨 索 52 o 2 5 船模航速i s 图3 4 模型阻力曲线图3 5 模型升沉曲线 图3 6 模型纵倾角曲线 表3 1 0v o 、v 2 、v 3 、v 6 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 阻力rv 2 阻力v 3 阻力v 6 阻力 ( m s ) ( n )( n )( n )( n ) 0 9 8 2 4 1 6 2 2 8 7 62 7 2 32 8 5 1 1 4 65 7 1 16 7 76 5 56 9 5 1 9 51 0 6 8 7 51 1 5 11 1 3 l1 1 8 3 2 4 41 9 6 62 0 0 41 9 8 42 0 6 2 2 9 32 9 6 2 93 0 1 9 82 9 4 63 0 6 9 3 3 哈尔滨1 = 程大学硕十学位论文 表3 1 1v 2 、v 3 、v 6 比v o 静水阻力增加百分数 船模速度v 2 阻力增加百分v 3 阻力增加百分v 6 阻力增加百分 ( 耐s )数数数 o 9 819 0 2 9 8 81 2 6 9 7 6 21 7 9 9 5 2 1 4 61 8 5 4 3 1 614 6 9 0 9 52 1 6 9 4 9 7 1 9 5 7 6 9 5 9 0 65 8 2 4 5 6 110 6 9 0 0 6 2 4 4 1 ，9 3 2 8 5 9o 9 15 5 6 54 8 8 3 0 11 2 9 31 9 2 0 4 1 60 5 7 0 3 93 5 8 0 9 5l 表3 1 2v o 、v 2 、v 3 、v 6 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 升沉v 2 升沉v 3 升沉v 6 升沉 ( m s ) ( m m )( m m )( m m )( m m ) o 9 8- o 8 8- 2 0 9 4- 2 3 0 71 9 5 1 4 6 3 8 4 5- 3 5 1 2 3 6 03 3 5 8 1 ，9 5- 6 7 87 2 1 97 0 87 3 9 6 2 4 49 7 81 1 - 3 51 0 81 1 5 7 8 2 9 3 9 0 8 1 0 6 21 0 7 81 0 8 1 表3 1 3v o 、v 2 、v 3 、v 6 静水阻力试验原始数据 船模速度v o 纵倾角0v 2 纵倾角0v 3 纵倾角0v 6 纵倾角0 ( m s ) ( o )( o ) ( o ) ( o ) 0 9 80 0 0 10 0 1 1 70 0 2 20 0 2 2 1 4 60 0 0 7o0 0 0 9 90 0 3 4 1 1 9 50 1 4 60 0 5 90 0 7 60 0 7 8 2 4 40 6 8 60 5 4 3o 6 1 0 10 5 9 5 2 9 31 - 3 51 2 0 61 1 2 91 2 5 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 0 葛 三加 v 嚣5 癌1 0 5 o 1 t 2 o 。n 8 嘏 坚0 6 蠢0 4 o 2 o o _ 0 2 ，o52 02 53 0 船模速度( a s ) 在 - 叠- 。 嬖 。佃 1 2 1 01 , 52 02 53 , 0 船模逮度佃s ) 图3 7 模型阻力曲线图3 8 模型升沉曲线 1d o zuz 口 u 船模速度( i s ) 图3 9 模型纵倾角曲线 由静水阻力试验结果表明v 3 是各方案中静水阻力最优的。加装半潜体 后单体复合船型静水阻力与原船型相比在低速时增加较大，船模速度1 9 5 m s 时增加5 8 2 ；而随着航速的增加，阻力值与原船型趋于接近，速度为2 4 4 m s 时阻力增加0 9 2 ；而在速度为2 9 3 m s 时，阻力比原船型要减小0 5 7 。 分析可知，加装半潜体以后复合船型的湿表面积增加5 0 6 ，而在航行中复 合船型下沉比原船型大，进一步增加了湿表面积，低速时摩擦阻力在总阻力 中所占比例较大，因此导致低速时总阻力增加较多；随着航速的增加，半潜 体和主船体产生有利干扰，抑制了兴波阻力，而使总阻力与原船型趋近甚至 减小。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i ；葺ni m i ；i i i ；i i i i ；暑； 表3 1 4v 0 、d 1 、d 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( r n s )v 0 阻力r ( n )d l 阻力r ( n )d 2 阻力r ( n ) 0 9 82 4 1 6 23 3 43 1 6 1 。4 6 5 7 1 1 7 。5 8 8 7 5 4 1 9 51 0 6 8 7 51 3 0 71 3 2 2 2 4 41 9 6 62 3 4 9 62 4 3 6 表3 1 5d 1 、d 2 比v 0 静水阻力增加百分数 船模速度( m s )d 1 阻力增加百分数d 2 阻力增加百分数 o 9 83 8 2 3 3 5 93 0 7 8 38 8 1 4 63 2 8 6 6 43 2 0 2 5 91 1 9 52 2 2 9 2 42 3 6 9 5 9 1 2 4 41 9 。5 1 1 72 3 9 0 6 4 1 表3 1 6v 0 、d 1 、d 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )v 0 升沉( n n )d 1 升沉( m m ) d 2 升沉( m m ) o 9 8 0 8 8 2 3 4 2 5 5 1 4 63 8 4 5 4 14 1 1 1 9 5- 6 7 88 6 57 8 2 2 4 4 - 9 7 81 2 9 31 2 4 表3 1 7v 0 、d i 、d 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )v 0 纵倾角0 ( o ) d 1 纵倾角0 ( o )d 2 纵倾角( o ) o 9 8 o 0 0 l0 0 0 20 0 0 4 1 4 60 0 0 70 0 3 80 0 3 8 1 9 5 0 1 4 6 o 0 5 0 0 6 4 2 4 40 6 8 60 5 7 10 5 5 3 6 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 科 五 加 1 8 宝 e 篮1 4 r 1 2 蛊1 0 8 b 2 0 81 01 21 418 82 02 2226 船模速度一s 0 7 0 5 n 5 o o 喂0 3 娶 矗0 2 0 1 0 0 l 一 蜉 索 c t $1 01 21 416 1 e2 0 2 22 4 2 e 船模速度( n 蚺 图3 1 0 模型阻力曲线图3 1 1 模型升沉曲线 0 81 01 2t416 82 02 - 22 42 6 船模速度i r r i ，1 ) 图3 1 2 模型纵倾角曲线 表3 1 8v 3 、v 3 q 1 、v 3 q 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s ) v 3 阻力r ( n ) v 3 q 1 阻力r ( n )v 3 q 2 阻力( n ) o 9 82 7 2 32 8 1 4 62 8 3 2 1 4 66 5 56 7 8 0 36 8 2 8 1 9 51 1 3 11 1 5 61 1 4 6 2 4 41 9 8 42 0 0 9 82 0 3 1 2 9 32 9 4 6 3 0 6 5 8 3 0 5 6 表3 1 9v 3 加鳍比v 3 静水阻力增加百分数 船模速度( r n s )v 3 q 1 阻力增加百分数v 3 q 2 阻力增加百分数 o 9 83 3 6 3 9 3 74 0 0 2 9 38 1 4 63 5 1 6 0 3 14 2 4 4 2 7 5 3 7 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 i i i ；i i ；i ；i ；i ；i ；i ；i i i ；i；i ii- - - - i i ；i i 1 9 52 2 10 4 3 31 3 2 6 2 6 2 4 41 3 0 0 4 0 32 3 6 8 9 5 2 2 9 3 4 0 6 6 5 313 7 3 3 8 7 6 表3 2 0v 3 、v 3 q 1 、v 3 q 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )v 3 升沉( r a m )v 3 q l 升沉( m m )v 3 q 2 升沉( m 加) 0 9 82 3 0 72 2 9 3- 1 5 7 1 4 6_ 3 6 0 3 3 2 24 3 2 5 1 9 57 0 8 7 1 3 5 - 7 2 4 41 0 81 1 6 5 1 1 7 6 7 2 9 3- 1 0 7 8 1 0 8 7 8 1 1 1 7 7 表3 2 1 v 3 、v 3 q 1 、v 3 q 2 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s ) v 3 纵倾角8 ( o )v 3 q 1 纵倾角o ( o )v 3 q 2 纵倾角( 。) o 9 80 0 2 2 o 。0 1 1 4 0 0 0 7 1 4 60 0 0 9 9。0 0 0 9 30 0 1 1 1 9 50 0 7 6o 0 5 l0 0 4 6 2 4 4o 6 1 0 l0 5 5 8o 5 7 2 9 31 1 2 91 2 6 81 3 7 3 5 2 5 全2 0 v 姜1 5 碰 o 5 船横速度( i s ) 。 2 - j4 v 蒌 。 ，2 船蕞连度( a a ) 图3 1 3 模型阻力曲线图3 1 4 模型升沉曲线 3 8 哈尔滨1 = 程大学硕+ 学位论文 图3 1 5 模型纵倾角曲线 v 3 加鳍以后，与不加鳍时相比，阻力均有所增加，低速时增加约2 ， 高速时增加约4 ，加装鳍增加了湿表面积，且对主船体也有干扰。结果表 明，v 3 q 1 阻力较小。 表3 2 2v 3 q 1 a 、v 3 q 1 b 、v 3 q 1 c 静水阻力试验原始数据 a 原处；b 后移；c 前移； 船模速度( m s )v 3 q 1 a 阻力( n )v 3 q 1 b 阻力i n )v 3 q 1 c 阻力( n ) 0 9 82 8 1 4 62 8 4 72 8 7 0 6 1 4 6 6 7 8 0 36 8 2 96 8 6 2 1 9 51 1 5 61 1 4 4 3 2 4 42 0 0 9 82 0 2 6 62 0 6 1 2 9 33 0 6 5 83 0 5 9 7 表3 2 3鳍1 在v 3 的b 、c 处比a 处静水阻力增加百分数 船模速度( m s )v 3 q 1 b 阻力增加百分数v 3 q 1 c 阻力增加百分数 o 9 81 1 5 1 1 41 9 8 9 6 2 6 1 4 60 7 18 2 5 71 2 0 4 9 6 1 1 9 51 0 1 2 11 2 4 40 8 3 5 9 0 42 5 4 7 5 1 7 2 9 30 1 9 8 9 7 3 9 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 m l 表3 2 4v 3 q 1 a 、v 3 q 1 b 、v 3 q l c 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )v 3 q i a 升沉( m m )v 3 q 1 b 升沉( m m )v 3 q l c 升沉( r n m ) 0 9 82 2 9 32 1 22 2 3 5 ，1 4 6 3 。3 2 23 4 5 53 3 7 5 1 9 5- 7 1 3 5。7 2 5 7 2 4 4 - 1 1 6 51 1 6 4 1 2 9 3 1 0 8 7 81 0 6 0 8 表3 2 5v 3 q 1 a 、v 3 q 1 b 、v 3 q l c 静水阻力试验原始数据 船模速度( m s )v 3 q 1 a 纵倾角( 。)v 3 q 1 b 纵倾角( o )v 3 q 1 c 纵倾角( 。) o 9 8 o 0 1 1 40 0 1 20 0 0 1 1 4 60 0 0 9 30 0 0 5o 1 9 5o 0 5 1 0 0 4 7 8 2 4 40 5 5 80 5 7 1 2 9 31 2 6 81 2 8 1 z v 笛 r 矗 o 玉262 022量 船模速度s ) 皇 置 u ；s 束 1 - 01 52 dz 5，o 船衡蜮缶蹦 图3 1 6 模型阻力龆线图3 1 7 模型升沉曲线 哈尔滨工程大学硕十学位论文 1 01 52 02 5a 0 船横速度( 曩3 ) 图3 1 8 模型纵倾角曲线 结果表明鳍安装在位置a 处阻力最优。 3 。2 2 模型规则波试验 规则波中迎浪试验测量内容有：波浪阻力、纵摇角、升沉、艏舯艉部加 速度。 1 试验范围 按试验规程要求，波幅取己a = 3 1 2 5 r a m ，以便保证在线性范围内；波长取 在入= 0 5 l 2 5 l 。试验船模速度为1 4 6 4 m s 、1 9 5 2 m s 和2 4 4m s 。 2 关于池壁干扰的分析 根据1 9 8 3 年“船模耐波性试验方法”中给出的临界波频计算分析。 池宽船模长度= 7 0 3 1 2 5 = 2 2 4 对应的临界波频为7 = o 2 7 1 g v m = o 2 7 1 9 8 1 4 6 4 = 1 8 1 4 实际试验时的最小波频为： m i n = 2 n o 8 缸。= 6 2 8 m i n c o l n r 因此在试验范围内不考虑池壁干扰。 3 试验数据处理方法和结果的表达形式 波浪阻力采用时间平均方法计算；纵摇角、升沉、加速度用平均方法计 算振幅和频率；波浪也是采用平均方法计算振幅和频率；遭遇频率以实际测 量的频率为准。 4 l 哈尔滨工程大学硕十学位论文 l：_m 试验结果的表达形式按1 9 8 3 年“船模耐波性试验方法”给出如下： 式中： 升沉 纵摇 垂向加速度 平均阻力增值 无因次频率 无因次波长 4 试验数据处理与分析 模型航速1 4 6 m s ： 也( 眈) = z 口g ( q ) = 吃i k g h 2 ( c 0 3 = z o l | g g ( 嚷) = k ( p g c 0 2 8 2 ) c 0 0 4 l g 九| l 水线长 船宽 水的质量密度 重力加速度 遭遇圆频率 波数 波长 波幅 升沉振幅 纵摇振幅 升沉加速度振幅 波浪中平均阻力增值 表3 2 6s o 、v o 、v 3 、v 3 q 1 规则波试验原始数据 入ls o入lv ov 3v 3 q 1 如缸甄谬) 易k | 妣氍d 2 邦 蚣f 露趴 碥k 蘸趴| 蚣 o 5 2 2 0 7 2 8 9 o 5 2 0 2 9 7 9 6 3 2 3 3 5 6 42 5 9 8 0 0 2 0 72 9 6 7 3 2 40 84 0 4 1 3 8 76 6 5 3 7 2 45 5 7 9 4 3 5 l9 0 58 9 8 7 l 6 0 4 8 4 2 77 9 7 4 2 2 9 7 6 9 5 2 4 6 4 2 l b p g q k 名 乞勖见。乙勋 哈尔滨工程大学硕七学位论文 1 18 0 3 4 9 8 71 1 4 9 5 6 1 68 3 0 5 7 7 87 4 9 7 2 7 3 1 35 7 3 2 1 2 41 3 4 1 8 2 4 7 l7 2 3 1 7 1 66 2