论文实例单体小水线面水翼复合型高速船性能及概念设计研究

论文实例单体小水线面水翼复合型高速船性能及概念设计研究 作者简介：柳卫东，男，1971年10月出生，1997年04月师从于上海交通大学裘泳铭教授，于20xx年03月获博士学位。摘要 将不同类型的高速船杂交、“取长补短”以获得更佳的性能，即走所谓“复合型”的道路，是现今高性能船舶的一个发展方向。复合船型的概念最早是由美国大卫泰勒舰船研究发展中心（DTRDC）于70年代提出的，它考虑了水面舰船现有的三种升力源：无动力静升力（浮力）、有动力静升力（气垫升力）和动升力，采用不同的比例进行组合，形成一个全新的船型。单体小水线面水翼复合型高速船（HYSWAS）是这类复合船型中性能比较优良的一种，它是水翼艇和半个小水线面双体船（SWATH）的有机组合，兼具两种船型的优点。 HYSWAS的研究始于本世纪70年代中期，最初主要进行了一些方案论证和模型试验的工作，并进行了一定的理论分析。进入90年代以来，随着日本、美国、韩国等几型HYSWAS小型试验艇的相继建成，国外又出现了一个HYSWAS的研究热潮，德国、法国、英国都投入了极大的研究热情。而在国内，对这一新船型的研究基本上还是空白。论文就是在此背景下，依托水动力学国家重点实验室的基金项目“单体小水线面水翼复合型高速船研究”，结合国外HYSWAS的最新研究进展，主要进行了以下五个方面的研究工作： （一）HYSWAS船型方案论证 根据总布置、结构、操作管理、建造等各方面的要求，结合国外研究开发的几型HYSWAS试验艇的船型特点，首次提出了一型采用非自控水翼的HYSWAS船型方案，并考虑HYSWAS航行过程（体航起飞翼航）的具体特点，确定有利于起飞的上部船体线型形式以及上部船体、支柱和下体的连接形式，进行了HYSWAS型线设计和基于高速客船方案的总布置设计。 （二）HYSWAS阻力性能研究 论文这部分主要在前人关于小水线面双体船及水翼艇阻力计算方法的基础上，结合HYSWAS船体及航行的具体特点，运用经典的薄船理论和细长体理论，详细推导了翼航状态兴波阻力的计算方法，在此基础上，提出了一套完整的HYSWAS翼航状态的阻力计算方法，其中船体阻力计算结果和模型试验之间的平均误差只有3，最大误差也仅有7。另外，论文还讨论了吃水、支柱最大厚度和水翼攻角等参数对阻力的影响规律，为这些参数的选择提供了一定的参考。 这部分的工作目前在国内还没有相关的报道，国外的文献给出的计算方法也过于简略，很难实际运用。运用论文提出的方法，可以方便地计算HYSWAS翼航状态的阻力，并且具有较高的精确度。 （三）HYSWAS稳性研究 论文首先研究了HYSWAS在静浮及体航状态下大倾角稳性的特征。然后，详细推导了不同水翼型式产生的横倾恢复力矩和纵倾力矩的计算方法，提出了一套HYSWAS翼航状态横稳性的计算校核方法。在此基础上，计算分析了基于非自控水翼的不同水翼型式及升力浮力比对HYSWAS翼航状态横向恢复力矩的影响规律，同时，研究了不同航行状态下HYSWAS的稳性特征。计算结果表明： (1)对于采用非自控水翼的HYSWAS，割划式水翼可以明显地改善其稳性； (2)HYSWAS存在一个为保证起飞后稳性的升力浮力比的最小值问题； (3)HYSWAS过渡状态的稳性比静浮及体航状态和翼航状态都差，最容易出现不满足要求的情况。 就目前掌握的情况来看，这部分工作在国内外还没有公开的报道。 （四）HYSWAS运动稳定性研究 HYSWAS在翼航状态航行时，一方面其水下部分与飞机在大气中飞行的情形十分类似，另一方面，翼航状态HYSWAS的水线面面积非常小，同时重心又通常位于上部船体，远远高于下体的形心，这一切都使得HYSWAS翼航状态的运动稳定性出现与飞机相似甚至更为严重的情况。基于此，论文在HYSWAS的运动稳定性方面主要研究了以下几个问题： (1)引入航空中飞机运动稳定性方程的处理方法，运用小扰动理论，详细推导了HYSWAS的小扰动无因次线化运动方程及其特征方程，提出了HYSWAS运动稳定性判别准则以及运动稳定性品质的评判指标； (2)分析了HYSWAS小扰动无因次线化运动方程中各稳定性导数的意义及其产生的机理，详细推导了各导数的计算方法； (3)对计算得出的运动稳定性不满足要求的HYSWAS，提出了相应的解决措施，并进行了定量的计算，证实了这些改进措施的可靠性； (4)考虑到初步设计阶段HYSWAS重量分布不确定带来的船舶惯性元素计算上的不确定性，研究了惯性元素对运动稳定性的影响规律，验证了H