五體船型的性能與載荷研究.pdf

1、五體船是最新的船型之一，已有的多方面研究顯示它具有優(yōu)良的性能和廣闊的應用前景。特殊的船型為其帶來了性能上的優(yōu)勢，也帶來了設計研究上的難度。本文針對五體船的特點，對其性能、載荷等方面進行了深入系統(tǒng)的研究，并初步探討了特殊五體船型。 1．采用靜力學方法進行了五體船完整穩(wěn)性的專門研究，在三體船基礎上推導了五體船的大傾角穩(wěn)性公式，并分析了幾種情況下的簡化公式，計算比較了三體船和五體船的大傾角穩(wěn)性，分析了側體橫向位置、垂向位置對復原力臂曲

2、線的影響。 2．首次進行了五體船破艙穩(wěn)性的定量分析。采用損失浮力法計算了五體船的破艙穩(wěn)性；比較了三體船與五體船的破艙穩(wěn)性特性，分析了五體船側體橫向位置、縱向位置、側體大小等因素對全船破艙穩(wěn)性的影響。 關鍵性結論包括：五體船破艙穩(wěn)性性能優(yōu)于三體船，側體橫向位置遠離主體、后側體縱向位置靠近船舯、后側體較大時破艙穩(wěn)性性能較好。 3．通過試驗途徑研究了五體船的阻力性能特性，以及五體船后側體型線形式、位置改變、對稱形式、排

3、水量改變、長寬比改變對阻力的影響。 試驗中曾對后側體采用了較深的方尾，但出現(xiàn)了嚴重的“雞尾”現(xiàn)象，通過修改型線使方尾變淺，型線過渡平滑，大大降低了總阻力。這是本文的意外發(fā)現(xiàn)。 后側體的長寬比、前側體有無吃水等因素是首次考慮；并首次嘗試降低后側體排水量以使總阻力降至極低(由三體船中的3～4％降至本次試驗中的1.3％)。 為了考察五體船阻力的預報方法，本文采用了SHIPFLOW計算了興波阻力，它采用嚴格滿足非線性自由

4、面條件的Rankine源法計算了興波阻力。采用ITTC-1954公式計算摩擦阻力，采用經(jīng)驗公式從試驗結果換算興波阻力系數(shù)。采用試驗和理論對比的方法，證明了非線性興波理論在五體船側體位置優(yōu)化中的適用性。 4．在縱向(迎浪)運動中，針對五體船型的特點，首次將一種用于單體船大幅度運動預報的工程算法引入五體船運動計算，并取得了成功。本方法基于STF切片理論，計入船體運動時濕表面的變化及其對船體流體動力性能的影響，水動力系數(shù)和波浪力等均取

5、瞬時值，采用四階龍格-庫塔法對運動微分方程求解。 首次采用本理論分析了五體船縱向運動中的非線性特征，采用隨機波方法考察了五體船縱向運動的非線性特征；采用試驗方法比較了三體船和五體船的波浪增阻的特征；比較了三體船和五體船的縱向運動特征；得到了前側體位置對縱向運動影響的一系列結論。 關鍵性結論包括：垂蕩運動非線性特征明顯、縱搖運動不明顯；低速下五體船波浪增阻特性優(yōu)于三體船、高速下遜于三體船；中頻區(qū)五體船運動幅度小于三體船；前

6、側體位于船中時對運動響應影響已經(jīng)不大，位于船首、位置較低時對縱向運動作用較大。 五體船與三體船的橫搖運動也通過試驗進行了對比，發(fā)現(xiàn)三體船的橫搖優(yōu)于五體船。 鑒于五體船的特殊性，有必要建立船體橫搖運動的理論預報模型。本文首次采用勢流理論和經(jīng)驗公式相結合的方法建立了橫搖運動模型。 5．根據(jù)五體船的特點，提出了一種新的縱向運動非線性水彈性分析的工程算法。 首先在干模態(tài)分析中仍然將船體視為鐵木辛柯梁，流體作用力采

7、用原始切片理論得到，最終得到一個形式與線性水彈性相近、關于各階主坐標的微分方程組，各剛度矩陣、廣義質量矩陣、廣義阻尼矩陣、波浪力矩陣均取瞬時值。微分方程采用四階龍格-庫塔法求解。在船體外力中還計入了外飄砰擊力的影響。并對靜水力作了一種新的處理方法。將在剛體模態(tài)下計算得到的運動響應與耐波性試驗結果做了比較，證明了計算程序的可靠性。 對船體波浪彎矩進行的計算分析得到一系列關鍵結論包括：在中低頻下，五體船相對三體船船中彎矩幅值明顯增大