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(yīng)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(shè)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(xué)方法進行了五體船完整穩(wěn)性的專門研究，在三體船基礎(chǔ)上推導(dǎo)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(cè)體橫向位置、垂向位置對復(fù)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(cè)體橫向位置、縱向位置、側(cè)體大小等因素對全船破艙穩(wěn)性的影響。 關(guān)鍵性結(jié)論包括：五體船破艙穩(wěn)性性能優(yōu)于三體船，側(cè)體橫向位置遠離主體、后側(cè)體縱向位置靠近船舯、后側(cè)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(cè)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(cè)體采用了較深的方尾，但出現(xiàn)了嚴(yán)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(cè)體的長寬比、前側(cè)體有無吃水等因素是首次考慮；并首次嘗試降低后側(cè)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(yù)報方法，本文采用了SHIPFLOW計算了興波阻力，它采用嚴(yán)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(jié)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(cè)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(yù)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(cè)體位置對縱向運動影響的一系列結(jié)論。 關(guān)鍵性結(jié)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(cè)體位于船中時對運動響應(yīng)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(yù)報模型。本文首次采用勢流理論和經(jīng)驗公式相結(jié)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(guān)于各階主坐標(biāo)的微分方程組，各剛度矩陣、廣義質(zhì)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(yīng)與耐波性試驗結(jié)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(guān)鍵結(jié)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