高性能排水型单体船

,第3章高性能排水型单体船,3.1主要性能与船型的关系,阻力性能与主要船型参数的关系高速排水型船舶大多处于过渡航态，即船体受到的阻力主要为兴波作用，所以主要考虑影响兴波阻力的两个系数：1、船体棱形系数Cp=/AML反映船体水下形状尖瘦程度或排水容积相对船中的集中与分散的分布情况。2、船体修长度,高速排水型船舶，通常为轻型船，受横摇和缓性要求，B/d在2.53.5；L/B在6.510，受耐波性和快速性限制，方形系数在0.420.52.因此，由上式可知，高速排水型船舶排水体积长度系数为6.38.8,船舶总比阻力随相对航速和修长系数的关系曲线,耐波性能与主要船型参数,通过对驱逐舰一类的高速排水型舰船的深入研究，把反映耐波性能优劣程度的耐波性品级指标R和几个重要的船型几何特征通过简明的关系式直接联系起来，得到：,1970年莫尔通过船模自航试验，在多元回归分析的基础上，建立纵摇角、升沉有义值和功率增加与船舶主尺度、航速间的关系。,莫尔的回归分析模型,船舶系数对耐波性的影响,斯簧使用系列60船模规则波试验结果,船舶系数对耐波性的影响,斯簧船舶试验结论：1.船型系数对耐波性能的影响由联系起来，显然采取较小的垂向棱形系数和较大的方形系数可以获得较大水线面积系数，这有利于增加船的摇荡阻尼，减小运动幅度。2.B/d对运动的影响，处在较高速时，一般较弱。3.实验表明，波浪中总功率的变化与在静水中的变化趋势基本一致。,改善排水型单体船航速与耐波性的措施,1.增大船长，提高修长度。2.增大船底部横向斜升角。向深V型发展。3.船的排水容积和质量分布后移，形成尖劈型船体。4.适当增大首部干舷，改善适航性。,3.2高速方尾排水型船的阻力性能及预报方法,高速排水型船的基本特征：方尾和圆舭属这一类的船型包括：苏联高速小型排水艇系列，Fr=0.450.7英国高速圆舭NPL系列，试验范围Fr=0.31.2瑞典SSPA高速小型排水艇，范围可达Fr=1.3,方尾型船的水动力特点,在低速时，弗劳德系数小于0.45时，方尾船尾部水流不能迅速脱离船体，会在船的尾部形成大量漩涡。,当弗劳德系数大于0.45时，船尾部水流具有足够动力克服粘性的影响，而脱离船体，这种现象称为“水流突离现象”,“虚长度”：尾板后水流空穴长度L称为“虚长度”。增加了船体长度，使船体修长系数加大，同时船长的“增加”使实际船长Fr减小。致使船体的兴波作用减小，降低了兴波阻力。,方尾型船的水动力特点,方尾型船的水动力特点,方形船尾部发生水流突离时，尾板后不会在出现漩涡，而是在船侧和船底水流在船后某处交汇，形成鸡尾状的水丘。,方尾特征船型的相关参数,相对尾板宽度b/B：船尾部宽度与船宽的比值。尾封板底部的横向斜升角,低速,b/B或B,尾板面积,后体收缩大,粘压阻力,高速,b/B接近于1,兴波阻力有利,因此对于不同速度范围的方尾船艇的尾型设计，应首先选取最合适的收缩度b/B和，以获取最低的阻力性能。当Fr0.45时，收缩度越小，航速越高，则“虚长度”越长。但由于尾部流场压力的作用，“虚长度”并不会无限地增加。,苏联方尾图谱的应用,由现代驱逐舰船模试验得到，与水池拖拽试验结果相比较用该图谱进行高速船的阻力估算，误差一般在5%以下。,方尾图谱基准船型的主要参数：宽吃水比B/d=3.0,尾板处的水线相对宽度b/B=0.60、尾封板底部横向斜升角=9、修长系数等。,方尾图谱的基准船型的剩余阻力计算,基准船型的剩余阻力图谱,船型参数对剩余阻力的影响,船体总阻力的计算,无因次阻力系数,方尾船体总阻力的估算,范围：轻型高速方尾或半方尾过渡型船艇,方尾图谱基准船型的主要参数：宽吃水比B/d=3.0尾板处水线相对宽度b/B=0.60尾封板底部横向斜升角=9修长系数。,对剩余阻力影响系数：,对剩余阻力影响系数,对剩余阻力影响系数,b/B，B/d,为任意值时，船型参数对剩余阻力的影响如下式：,方尾船体总阻力的估算,NPL型船系列图谱,剩余阻力图谱,NPL图谱的修正,与苏联方尾图谱相比，NPL图谱的航速较高，方形系数较小，棱形系数较大，更适合于中、小型高速排水量型船舶的阻力计算。但NPL图谱的长宽比L/B适用范围较小，对于L/B7.5的范围和不同的棱形系数，必须要对L/B和棱形系数进行修正。,NPL图谱的修正,回归分析法估算过渡型快艇的阻力,回归分析法：通过试验获得过渡性快艇和滑行快艇的静水阻力试验资料，对其进行回归分析，确定各个参数间的线性相关性，建立数学模型。,回归分析法,预报高速方尾排水型船舶阻力性能的电子方尾图谱法,电子方尾图谱法，通过输入主尺度和船型系数等基本数据，应用EXCEL执行方尾船舶的快速性计算，自动对新方尾图谱的电子阻力数据进行查值和主要影响数据的修正计算，粘性影响修正，以及确定总阻力和有效功率曲线。该方法适用范围更广，便于不同尺度方案的快速性比较，是一种实用、高效、灵活、便捷与可靠的计算方法。,3.3高速深V型船,定义：深V型船是指沿船长的整个底部都有较大且几乎不变的横向斜升角的高速船舶。,改进的模诺海特龙深v型艇-增加底升角,高速深V型船,特征：1、横剖面形状呈V形，舭部呈折角尖舭形状，地步横向斜升角20，横剖线呈直线或近乎直线状。2、具有反向的龙骨坡度，首部附近的龙骨下沉到基线以下，甚至形成类似于球首形状的半潜体（SSB）以获取传授横剖面更加“深V”的形状。3、整个后体的横剖面底部斜升角设计成不变或近似不变，以增加尾板附近的沉深和横剖面积。4、设有舭龙骨或尾鳍，以改善耐波性和弥补由于首部龙骨下沉对航向稳定性所产生的不利影响。5、船体形状简单，便于建造。,横向斜升角和艉部龙骨升高对阻力的影响,1988年马场荣一所做变角实验,三条试验模型的船型要素,斜升角对首加速度和阻力的影响,Fr=0.8以下的低速范围，斜升角较大者阻力较低，表明对于载荷较重和航速较低的排水型船采用极深V型船，可以获得更好的推进性能和耐波性能。,1994年邵世明所做研究，图中纵坐标为剩余比阻力Kr,所用三中穿行主要差别在于后体的斜升角，以及由此引起的浮心位置和尾板相对面积等有所不同，其他主尺度基本相同。,V度对高速船阻力性能影响的机理,Fr，L/越大，水动力作用的影响越大，因此后体的斜升角就要适当减小，以尽可能地提高水动力的动力增生作用，从而获得最佳的阻力性能，反之，对载荷较重和航速较低的深V型船，才可选取更大的V度，即值就应适当增大，以尽量减少后体水流扭转所造成的能量损耗，从而改善阻力性能。,船体的长度排水量系数和设计速度是选取后体斜升角的主要依据,不同艉部龙骨升高k对有效功率的影响,艉龙骨升高对快速性的影响,增加艉板处龙骨升高使艇的有效功率减小采用较小的艉板处龙骨升高k值对减小阻力最为有效，当k值继续增加时则阻力的减小变得缓慢艉部龙骨升高k的选取要与横向斜升角有良好的配合当20。时，k值增大对阻力性能的改善作用不显著；当k0时，表征船肿剖面的横向斜升角；当k0时，表征深v船后体剖面的横向斜升角。,深v船型在流体动力性能上与常规圆舭船型的比较,阻力性能1.静水中总阻力由图可知，排水量相当的两种船型，静水中总阻力差别不大。这是因为，与圆舭型船相比，深V型船具有较大的湿面积，因此它的摩擦阻力要大，但在高速航行时，剩余阻力是静水阻力的主要组成部分，通过增大长度系数，可以有效降低剩余阻力，所以两种船型在静水中的阻力差别不大。,深V型船在波浪中的快速性要比圆舭型船好得多，由于深V型船表现出较低的运动幅值，较小的摇首和较好的航向稳定性，所以和圆舭型船相比，在高海情中航行时他的波浪增阻也较小。,两种船型风浪失速的比较,当波高在11m，即高于7级海况中航行时，深V型船的航速仅受阻力的限制，而不是受船的运动限制；而圆舭型护卫舰在波高高于4.67m，即高于5级海情航行时，速度就会受到抨击的限制，不得不人为地降低航速以减少波浪对船体的砰击。,两种船型耐波性的比较,图为，早期的适航性船模试验结果，在低于七级海情，航速为1215Kn时。试验结果表明：深V型船的耐波性比“利安德”级护卫舰（圆舭船）要好，深V型船的纵摇、垂向加速度、首摇都比圆舭型要好，具有非常好的航向稳定性。,深V型船与常规圆舭型船在流体动力性能上的比较,稳性1.深V型船有较大的船宽和非常丰满的水线面，从而提供了较大的横向惯性矩，所以具有很好的稳性。2.虽然深V型船初稳性高较大，但该种船型的船体形状增加了船体的横摇阻尼，使它的横摇运动与横向加速度仍与圆舭型船差距不大。,两种船型砰击概率的比较,深V船与圆舭船横向运动性能比较,半潜首SSB（SemiSubmergedBow）,大连理工大学黄鼎良教授所做的工作圆舭艇加装SSB的比较,不同潜体尺寸对纵摇和加速度幅值的影响,1996年，哈尔滨工程大学对尖舭深V型船上加装SSB，对其形状，大小，相对位置进行系统研究。,SSB000：高速深V型船原型SSB600：母船基线处安装6%排水体积的SSBSSB609：母船基线下9%吃水处安装相同体积SSBSSB609F：在SSB609基础上，SSB两侧装有固定式减摇鳍。,加装SSB对深V加速度的影响,加装SSB对深V升沉和纵摇的影响,增大半潜体的宽度对减少升沉，纵摇和加速度的幅值均有利。因为半潜体的设置增大了阻尼力和静水回复力，半潜体位于首部，一般来说，距船的重心较远，这种阻尼力矩对纵摇运动的作用最为明显。带有固定减摇鳍的ssb对减小纵摇角和升沉的效果最好，因为在发生纵摇的过程中，固定鳍与实际来流的冲角发生改变，可以产生与运动相反的力矩，从而增大了纵摇的恢复力矩。改变浸深对减少船的剩余阻力有明显效果，但是对运动性能影响不大。原因是SSB已经完全入水，因此改变深度，水面效应不会明显。,Thankyou!,DalianMaritimeUniversity,PerformedbyWANGHAO,AnyQuestions?,深V型船与常规圆舭型船在流体动力性能上的比较,阻力性能1.静水中总阻力由图可知，排水量相当的两种船型，静水中总阻力差别不大。这是因为，与圆舭型船相比，深V型船具有较大的湿面积，因此它的摩擦阻力要大，但在高速航行时，剩余阻力是静水阻力的主要组成部分，通过增大长度系数，可以有效降低剩余阻力，所以两种船型在静水中的阻力差别不大。,深V型船与常规圆舭型船在流体动力性能上的比较,阻力性能：2.各种海情下阻力比较如图可知，在5级以上海情时，深V型船在波浪中的快速性要比圆舭型船好得多。在较高海情下，深V型船表现出