【优秀硕博论文】船舶静水兴波阻力及波形求解分析

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1、船舶静水兴波阻力及波形求解分析CALCULATIONANDANALYSISOFTHESTEADYWAVEDRAGANDFREESURFACEWAVESINDUCEDBYSHIPS申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2016年1月硕士学位论文船舶静水兴波阻力及波形求解分析摘要我们知道船舶快速性主要包括阻力和推进两方面，船舶定常兴波问题是研究船舶快速性的一个重要的方面，其主要包括船舶兴波阻力和船舶自由面兴波的求解。因此船舶兴波阻力和自由面兴波特性的研究对于船舶阻力的分析具有重大的意义。一个准确

2、高效的兴波阻力求解方法对与船舶初始设计、船舶型线优化等工作有重要的意义，同时对于船舶自由面兴波特性的分析也对认识船舶兴波阻力机制，船舶兴波干扰等问题有很大的帮助。本文基于线性势流理论Neumann-Michell理论开发了船舶兴波阻力求解器，并结合本文提出的船舶自由面积分的新的计算方法，计算自由面兴波，为了验证该船舶兴波阻力求解器的可靠性，本文对Wigley、Series60、KCS、DTMB5415、Delft等单体、双体船型不同航速航行的工况进行了计算验证，同时本文还基于Kelvin驻相点理论，利用散波干涉原理对单体船自由面兴波

3、最大兴波角进行了分析，并给出一系列的数值验证。Neumann-Michell(NM)理论是Noblesse在2013年提出来的，该理论在线性势流理论的框架内，相比Neumann-Kelvin(NK)理论NM理论提出了一致的线性模型，保留了原NK理论中略去的线性项，并对原NK理论中水线积分项的被积函数进行数学变换，消去了NK理论中的水线积分项，这样一来NM理论求解公式不再受制于NK理论中水线积分项对计算精度的影响，可以得到精确的结果，且其迭代求解方法省去了线性方程组的求解，效率更高。船舶自由面兴波的求解主要难点在于傅立叶积分的求解，其

4、被积函数对于远场场点是一个剧烈震荡的三角函数，我们知道数值积分中，如果被积函数震荡剧烈那么需要取很多的积分点来进行计算，这样会增加很大的计算量，而且也很难得到精确的结果，针对远场兴波的计X硕士学位论文算，本文基于Kelvin提出的驻相点理论利用数值方法得到近场、远场都适用的傅立叶积分变形公式，并结合NM理论开发了船舶兴波阻力和自由面兴波求解程序，并将该程序应用于Wigley、Series60、KCS、DTMB5415、Delft等船型的定常运动计算，并将兴波阻力、升沉、纵倾、自由面兴波的计算结果与实验值进行对比验证。最后本文还基于K

5、elvin驻相点理论利用散波干涉原理对高速船舶兴波角小于Kelvin角的现象进行了分析，得出了最大兴波角与单体船航速的关系，同时利用本文开发的求解器对一系列单体船、双体船不同航速、不同片体间距工况下自由面兴波进行计算，并与散波干涉理论推导得到的最大兴波角结果进行比较，从数值角度对散波干涉理论进行了验证。关键词：定常兴波阻力、自由面兴波、驻相点理论、最大兴波角X硕士学位论文CALCULATIONANDANALYSISOFTHESTEADYWAVEDRAGANDFREESURFACEWAVESINDUCEDBYSHIPSABSTRACT

6、Steadyshipwaveproblem,whichmainlyconsiderswavedragandfree-surfacewavesgeneratedbyashipthatadvancesalongstraightpathataconstantspeedincalmwater,isakeypointtothespeedabilityofships.Asiswellknowntoallthatthespeedabilityofashipincludesresistance,ofwhichthewavedragisasignif

7、icantpart,andpropulsion.Soitisnecessaryandmeaningfultohaveadeepunderstandingofsteadyshipwaveproblem.Ontheotherhand,anaccurateandefficientwavedragsolvercanbewidelyusefulforroutineapplicationstopreliminaryshipdesignandhull-formoptimization.Inaddition,analysisofthefree-su

8、rfacewavesinducedbyashipmaygiveusamoreprofoundthinkingofthemechanismofwave-makingresistanceandinterferenceeffectsofsh