水面舰船可调型球艏设计与分析.pdf

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1、第46卷第4期船海工程Vol.46No.42017年8月SHIP&OCEANENGINEERINGAug.2017DOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.004水面舰船可调型球艏设计与分析张文山，卢晓平(海军工程大学舰船工程系，武汉430033)摘要:考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感，为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性，提出可调型球艏设计思路，依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证，根据阻力对比和优化确定球艏静态参数，根据波形计算

2、和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报，将可调型设计方案具体化。计算结果显示，可调型球艏能够实现低速阶段不增速，中高速阶段减阻显著的目标。关键词:可调型球艏;DTMB5415船型;球艏构型参数;兴波阻力;波形分析中图分类号：U662文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)04-0015-05球艏减阻研究一直是船舶水动力研究的热为基础，即一定强度的球艏波与船体波因相位差点，模型试验和数值计算均表明球艏对于减小船异而相互消减。设计方案强调“低速阶段不增舶兴波阻力的潜力巨大，设计优良的球鼻艏具有

3、阻，中高速阶段减阻显著”的原贝彳，通过球艏参数较好的减阻效果，能够很好地改善船舶运营的经化建模的过程，将球艏构型参数划分为静态参数济性。球艏研究一般着眼于球艏构型的优化[1_2]，和静态参数。基于数值计算的球艏阻力性能预报[3]和基于船船体首柱注：ABC3个截面分别表V示可调型球首3个部分型试验的波形测量分析等方面，目前多是针对固间截面，三者形状相同球首可调节定式球艏。但传统固定式球艏在兼顾多个航速条球首丨

4、______最大伸长量A/max丨件下减阻具有一定的局限性，低速条件下甚至会端部一r11部分增大船舶阻力，

5、由此引入可调型球艏的提法。可调型球艏设计旨在通过对球艏纵向位置进行调整，来实现多个航速下较好的减阻效果的目的，而克服固定式球艏减阻速度区间和减阻幅度受限的图1可调型球艏结构示意不足。本文即采用CFD数值模拟手段，以现有固定式球艏研究成果为基础，开展球艏构型参数对球艏参数的设置与主船体构型密切相关，一于水面舰船阻力性能影响和机理的分析，基于前般会明显影响球艏减阻性能的参数有球艏在船体伸型球艏的减阻优势，提出以建立合理静态参数坐标系中的空间位置、球艏的尺寸、形状和体积分为基础，调节动态参数为手段的可调型球艏设计布，球艏与船体的

6、连接方式与参数间的合理配置方案。也十分重要。考虑到可调型球艏具有大前伸的构型，需要通过球艏参数化建模统一球艏加装的标1可调型球艏设计方法准。可调型球艏(见图1)的设计依据兴波阻力的可调型球艏的静态参数选取标准为应能够准产生和削减的特点，以球艏减小兴波阻力的机理确地描述球艏端部部分的几何尺寸、几何形状和横截面4的形状。球艏静态参数的选择是可调型减阻球艏设计的基础[4]。为简化流程，球艏选收稿日期:2016-10-31修回日期:2016-11-25为圆球艏，球艏半径为球艏静态参数。通过阻力基金项目：国家自然科学基金项目（516

7、09253)计算建立球艏静态参数。第一作者:张文山（1991一），男，硕士生在兼顾减阻效果的需要和球艏可调方案实施研究方向:舰船流体动力性能的可行性情况下，动态参数选为球艏前伸量（纵152017年船海工程张文山，等:水面舰船可调型球艏设计与分析第4期第46卷向位置）。球艏纵向位置m围的取为5%船长。度W为流体运动粘度;S为模型湿表面积。如图1所示，在球艏进行可调型变化过程中，3可调型球艏参数确定静态参数不变。动态参数可根据实际需要进行实时变化，动态参数值需要在球艏设计时求得。动可调型球艏设计方案示例围绕标准船模DT-态参数

8、预报的方法是在静态参数满足了必要的波MB5415展开，该船模长5.72m、宽0.76m，吃水幅强度以及不考虑球艏兴波和船体兴波相互干扰0.248m，其母型为美国现役阿里•伯克级驱逐的条件下，调节球艏纵向位置使2组兴波的相位舰，模型缩尺比24.825。在利用建模软件构建出差能够尽量满足峰谷相遇的理想状态，由此实现DTMB5415原型之后，衍生和构建出一系列改型球艏消波减阻功能。球艏模型，并利用建模软件生成相应的船型[7]。3.1模型建立2参数化建模与阻力计算参考文献[4]，通过Matlab编程最终得出理2.1球艏构型参数化设

9、计论最佳圆球艏半径，如图2所示。图2中最佳球船体主尺度比和型线变化对船体所受的兴波艏半径系按巡航速度确定数值[8]，球艏前伸量阻力产生影响较为敏感，故而在衍生构建球艏构(纵向位置)结合以往研究结果、建造工艺和目标型时，应该有统一的几何尺度标准，安装位置规范船型使用特性确定[94()]，为独立输入参数。日