尾阻流板和尾导流板对三体船阻力性能影响研究

发布时间：2020-06-02 23:58

【摘要】：随着全球经济的不断发展和海洋资源争夺日趋激烈,高性能船舶扮演着越来越重要的角色,三体船作为高性能船的代表之一,以其众多优点脱颖而出,针对其优秀的阻力性能,能否还有升级改造的空间是船舶学者关注的一个热点问题。在目前应用于方尾型高性能船的节能附体中,应用最为广泛且效果较好的有尾导流板和尾阻流板两种,本文针对一艘中体为方尾的三体船型安装两种尾部附体,进行模型试验和数值模拟研究,探讨这两种附体对三体船的水动力影响。本文通过调查三体船阻力性能研究方法以及两种方尾节能附体的国内外研究现状,确定本论文的主要研究内容和方法:首先采用模型试验的方法,对安装尾阻流板和尾导流板对三体船造成的宏观物理量进行研究,观察试验现象,总结相关规律;然后通过数值模拟的方法对微观流场细节进行数值计算,探索安装两种附体对三体船的阻力性能影响的机理。首先分别对有无安装附体的三体船进行模型试验,确定安装附体的减阻效果,通过改变不同的尾阻流板和尾导流板的尺寸,研究其对三体船阻力性能的影响的变化规律;然后采用计算流体力学软件讨论船身表面网格尺寸以及湍流模型对阻力预报的精度影响,并从实际物理现象对比以及表面兴波等方面验证数值的可行性,对于数值计算的不确定度也进行了相关分析;最后基于选用的网格划分方案和物理模型等数值计算相关参数,对应模型试验工况进行数值模拟,从分析安装附体对航行姿态、船体周围及方尾后的粘性流场、船身表面压力分布和流线分布的影响等方面,对两种附体对三体船的阻力性能影响机理进行研究。此外,论文为探讨安装附体带来的航行姿态变化对三体船的阻力性能的影响,设计固定模方案,采用数值模拟方法进行相关分析。通过本研究,发现安装两种附体均会带来三体船的航行姿态、船身周围及方尾后方兴波、船身表面压力、流场分布等方面的变化,但影响程度并不相同;发现一定情况下尾阻流板和尾导流板会提高三体船的阻力性能;安装两种附体造成减阻机理主要是改善船舶尾部流场,增加其虚长度进而降低兴波阻力,而带来三体船航态变化对阻力的影响不明显。
【图文】：

三体船

体船细长的船体不利于舾装，导致内部空间利用率较低，，浪费资源。但是总体上来说，三体船优势远胜其弊端，能满足许多苛刻的船舶需求，是大有潜力的一种新型船舶。1.2.2 三体船的实船案例英国设计建造的 “海神号”三体试验舰为三体船发展的一座里程碑，该船并于 200年 3 月份下水，由位于英国南安普敦的沃斯珀·桑尼克罗夫特公司建造[18]，“海神”号水线长 91 米，型宽 22.5 米，是世界上第一艘电动三体演示舰，但海神号建造过程中也暴露了如：成本高、重量难控制、内部空间狭小等问题。海神号虽未成为新型三体船战舰的鼻祖，但其进行的相关实验为后续的三体船建造积累了宝贵的经验。后来 2005 年，澳大利亚建造了 127 m 长的小侧体高速三体船 Benchijigua Express是三体船作为民用的案例之一，该船可以同时搭载乘客和车辆，载重 1141 t，服务航速38 节。2008 年美国三体近岸战舰 USS Independency(“独立号”)LCS-2[19]建成，这艘三体船是著名的三体船服役军舰之一。

三体船,军舰,帆船,竞速

（a）“北救 143 号” （b）“南救 511 号”图 1.2 三体船军舰（中国）在民用船舶中，竞速船舶方面，三体船大放异彩，“中国青岛”号[20]（图 1.3a）三体船是一艘竞技帆船，该船长 29.7 米，宽 16.5 米，该船是一艘国际航海界公认的一艘集简洁、高效、坚固于一体的超级帆船，目前担任该船的船长为具有“中国职业帆船第一人”之称的郭川。 “Nacif”号（图 1.3b）也是一艘竞技帆船，在 2015 年的世界上最快的帆船竞速赛之一“Transat Jacques Vabre”比赛中，狂甩第二名 88 英里。此外，一艘名叫“地球竞速”的三体船，创造过全新的快艇环游地球记录，该船为阻止日本捕鲸船捕鲸，勇敢地撞了上去、最终沉没……知名国际反捕鲸环保组织“海洋守护者”为此又建造了一艘反捕鲸船“哥斯拉”号。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.311

【参考文献】