雙體小水線(xiàn)面水翼復(fù)合型高速船（HYSWATH）船型研究.pdf

1、本文在前人研究小水線(xiàn)面雙體船和水翼艇的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外關(guān)于復(fù)合船型最新的研究進(jìn)展，主要進(jìn)行了以下幾方面的工作： (1).HYSWATH船型設(shè)計(jì)研究。基于切比雪夫多項(xiàng)式，從HYSWATH主體及支柱的幾何特征出發(fā)，提出一種生成支柱水線(xiàn)和主體橫剖面面積曲線(xiàn)的簡(jiǎn)單方法，并設(shè)計(jì)了靜排水量為400噸的HYSWATH水下型線(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析國(guó)內(nèi)外建造和設(shè)計(jì)的多艘小水線(xiàn)面雙體船的資料，確定主要尺度參數(shù)之間的關(guān)系，提高了本方法的實(shí)用性和型線(xiàn)生

2、成效率。 (2).HYSWATH阻力性能研究。分析雙體小水線(xiàn)面水翼復(fù)合型高速船(HYSWATH)的阻力變化規(guī)律，給出此船型各阻力成分的計(jì)算公式，并在此基礎(chǔ)上討論HYSWATH處于翼航狀態(tài)時(shí)吃水和縱傾角的計(jì)算方法，形成了計(jì)算HYSWATH翼航狀態(tài)阻力的方法。為驗(yàn)證本文提出的阻力計(jì)算方法的正確性，調(diào)整升力與浮力比為零，計(jì)算HYSWATH的興波阻力，與SWATH模型剩余阻力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，并將總阻力的理論計(jì)算結(jié)果與HYSWATH模型

3、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。同時(shí)討論了升力浮力比、水翼攻角、水翼設(shè)置位置和船體重心位置等參數(shù)對(duì)HYSWATH阻力性能的影響。 (3).HYSWATH耐波性理論計(jì)算方法的初步探討。在以前研究的基礎(chǔ)上，討論了兩種方法——切片理論和高速細(xì)長(zhǎng)體理論在HYSWATH耐波性理論計(jì)算中的應(yīng)用。HYSWATH船體片體是典型的細(xì)長(zhǎng)體，可以采用切片理論計(jì)算耐波性能的計(jì)算，由于HYSWATH片體的特殊形狀，還特別討論了水的粘性作用對(duì)運(yùn)動(dòng)方程中水動(dòng)力系數(shù)的影響，

4、以及水翼在HYSWATH運(yùn)動(dòng)性能中的作用。由于切片理論采用了低速的假設(shè)，在航速較高時(shí)，船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)出入較大，為了體現(xiàn)船舶水動(dòng)力計(jì)算的航速效應(yīng)，文中引入高速細(xì)長(zhǎng)體理論，該理論采用二維勢(shì)流理論求解流場(chǎng)，同時(shí)保留了三維有航速的自由面條件，特別適合高航速下的船舶運(yùn)動(dòng)。文中比較了兩種方法得出的結(jié)果的差異，試著分析了考慮航速效應(yīng)后，自由面條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。 (4).HYSWATH運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性研究。隨著航速的增加，Mun

5、k力矩的迅速增大是HYSWATH縱向運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)的主要原因。HYSWATH在翼航狀態(tài)航行時(shí)，隨著航速的增加吃水減小，翼航排水體積減小，一方面使垂蕩運(yùn)動(dòng)附加質(zhì)量減小，因此Munk力矩的增加沒(méi)有SWATH那么快，有利于HYSWATH縱向運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，但另一方面又使船體的恢復(fù)力矩減小，是不利于HYSWATH縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的。 報(bào)告在HYSWATH的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性方面主要研究了以下幾個(gè)問(wèn)題：a.針對(duì)HYSWATH小擾動(dòng)縱向運(yùn)動(dòng)方程，推導(dǎo)了穩(wěn)定性

6、特征方程及各項(xiàng)系數(shù)，并且結(jié)合HYSWATH的運(yùn)動(dòng)及幾何特征和理論計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行了HYSWATH縱向穩(wěn)定性判據(jù)的簡(jiǎn)化。b,計(jì)算分析了前后水翼面積比和船體重心高度的變化對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響。c.通過(guò)船模試驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，從理論和試驗(yàn)兩方面證明了HYSWATH在高速航區(qū)的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的。 (5).HYSWATH模型試驗(yàn)研究。 報(bào)告對(duì)一型采用非自控組合水翼系統(tǒng)的HYSWATH-400方案的1：20模型進(jìn)行了阻力、耐

7、波性和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性三方面的試驗(yàn)研究工作，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，測(cè)量并分析了船模阻力、吃水、縱傾角以及船舶運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性隨航速、水翼位置和攻角的變化，還測(cè)量并分析了迎浪航行時(shí)HYSWATH模型縱搖和升沉的頻率響應(yīng)函數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明HYSWATH模型具有很好的耐波性，穩(wěn)定性和阻力性能。 a.前水翼的位置前移和變化攻角對(duì)HYSWATH的阻力性能和船模進(jìn)入翼航狀態(tài)的速度影向很大，并能改善過(guò)渡狀態(tài)時(shí)船舶的阻力性能； b.HYSWATH模型在體航

8、、過(guò)渡和翼航等不同航行狀態(tài)時(shí)的縱傾角都比較小，這說(shuō)明非自控組合水翼系統(tǒng)可以保證HYSWATH船型在整個(gè)航行過(guò)程的浮態(tài)； c.迎浪航行時(shí)，HYSWATH表現(xiàn)出了很好的耐波性，整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，垂蕩響應(yīng)不超過(guò)1.2，縱搖響應(yīng)不大于0.4； d.篼航過(guò)程中，無(wú)論是小擾動(dòng)還是人為的大擾動(dòng)，HYSWATH都具有很好的位置穩(wěn)定性。 理論計(jì)算和模型試驗(yàn)都表明，文中提出的HYSWATH是具有優(yōu)良運(yùn)動(dòng)性能的高速新船型，報(bào)告的研究工作