高速双体船兴波阻力外文翻译资料

 2022-10-31 14:44:14

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高速双体船兴波阻力

摘要

本研究的目的是研究高速双体船的波阻分量。 应用两种方法：由Michell提出的细长体理论和Shipflow使用的3D方法软件。

对于不同类型的双壳体都获得了结果而且双体船体间距的影响引起了关注。 该研究还包括浅水对波阻分量的影响。

由于船只产生的波浪的高度引起了特别关注，以此确定河岸的影响。

关键词：波阻；双体船设计；双体船阻力；高速船

Abstract

The object of this study was to investigate the wave resistance component for high-speedcatamarans. Two methods were applied: the slender-body theory proposed by Michell[Philos. Mag. 45(5) (1898) 106] and a 3D method used by Shipflow2 (FLOWTECH,Shipflow2 2.4, User Manual, 1988) software.

Results were obtained for different types of twin hulls and attention was given to the effects of catamaran hull spacing.

The study also included the effects of shallow water on the wave resistance component.

Special attention was given to the height of waves generated by the craft to ascertain effects on river banks.

# 2004 Published by Elsevier Ltd.

Keywords: Wave resistance; Catamaran design; Catamaran resistance; High-speed vessels

1.简介

近年来，对高速客机，主要是双体船的需求一直在显着增长。为满足日益增长的需求，国际高速船市场正在发生深远的变化。

不同类型的船只正在用于客运。然而，双体船和单体船一直是船东不仅为客运而且作为渡船的最主要的选择。有关更有效率的流体动力学形状，发动机改进和应用铝及复合材料制作较轻的外壳等方面的研究已经达到了更快的速度。

对双体船的需求通过提高船只品质而得到证明，与单体船相比，双体船具有高速度和较大的甲板面积。

高速船的市场需要不同类型和尺寸的双体船，它们被设计用于较低的阻力和高速运行。因此，船体阻力的优化对于高速双体船的成功是至关重要的。

船体阻力的理论计算复杂，但成本相对于模型试验评估较低。这就是为了研究很多不同的理论方法，以适当地评估船体阻力。

本研究在不同的船体分离和水深条件下着重于两种计算双体船波阻力的方法：3D方法基于潜在的理论，用于船舶流动软件和使用细长身体理论的方法，后者更容易应用。

船舶流程程序允许对双体船体波浪阻力进行大量的分析。特别重要的是可以研究船体与浅水效应之间的干扰效应。

本研究还考虑了在不同深度的水中由于船只产生的最大波高。目的是评估和尽量减少在河岸或附近小船上的可能的影响。

2.高速船只

高速船一直处于海军工程和水动力研究的前沿。

在19世纪末和20世纪初期，出现了替代型高速船只的许多解决方案，，并有许多概念获得专利。

由Forlanini于1905年建造的第一个水翼达到61节。 然而，是Scartei男爵，在1920年至1930年间，把水翼船的船只从刚开始被创造在平静的水中工作，发展为能够在远洋的条件下运作。

高速船只可以分类如表1所示。

表1高速船类型分类

类别

船只类型

空气支持的船只

空气缓冲车（ACV）和表面效应船（SES）

由箔支撑的船只

表面穿孔箔（水翼）和Jetfoil

位移，刨和半定位船只

标准单体船，双体船，小型水线双层船体，空气润滑和波纹穿孔船体

国际海事组织（IMO）规则和建议：在IMO-HSC（高速船）（IMO-HSC，1995）中，通过MSC.36（63）第63节批准的特殊公式规定了一个高速飞行器，最高速度等于或高于：

（其中“Vol”是设计水线（）的排量。）

图1显示了高速飞行艇的速度限制曲线。双体水动力性能取决于润湿几何

形式，船体分离和船舶航行的水深。

3.船体阻力相关方法：结果的对比

从Shipflow2（1988）得出的结果和细长体理论应用被拿来与Millward（1992）的研究相比，主要是就双体船分离和浅水在宽弗劳德数范围内的影响。

Millward（1992）的结果可以与以下范围内的双体船体进行比较：

长度/宽度（L /b）6.00-12.00;

宽度/草图（b /T）1.00-3.00;

块系数）0.33-0.45;

弗劳德数）0 lt;Fn lt;1：

图1.高速飞行艇的速度限制曲线

3.1. 船体几何

两个船体几何被使用来比较波阻计算方法。第一个使用Wigley（1942）提出的数学模型（图2）和第二个是如图3所示的船壳设计工具。

由威格利（1942）提出的抛物线船已经受到了详尽的理论测试和实验，因此是众所周知和受过检验的。

Wigley船体的无尺寸形式的船体几何给出的方程如下：

，-dz0

图2.威格双体船

图3.双体船船体。

其中b和d是常数（b = 0.1和d = 0.0625）。

B=b/L

D=T/L

其中L是长度; B的宽度和T吃水。

船壳设计工具中双体船形式由在前体中形成三角形的直线形成，以矩形形式的平行中心体和身体以三角形或矩形形式，当考虑到横梁时。该船体部分具有“V”形几何形状（图3）。

在FORTRAN2中开发了一种生成船壳设计工具的算法。根据以下范围约束创建船体：

S /L0.2 S / L 1.0;

b / T10 b /T 16;

侧缘角（度）25度;

入口体长0.3 L;

出口体长0.3 L;

其中S是船体之间的距离（m）; L船只长度（m）; B宽度（m）和T船只吃水（m）。

Fortran程序生成的双体船体几何体以Shipflow2程序和细长体程序的标准格式输出船体数据，该程序计算出波阻（图4）

3.2. 威格利的船体结果

波系数（Cw）用于比较由Shipflow2和SLENDER（细长身体理论）程序给出

双体船波阻力结果。威格利船体在深水中进行了三次不同的船体分离（S /L = 0.2，0.4和1.0），其中S是船体中心之间的距离，L是船体长度。

图4.算法形式发生器的流程图。

限制船体（与水面相关）的结果见表图5-7。

这些方法显示出类似的权衡结果。Shipflow2程序使用的3D方法和细长体理论对于弗劳德数在0.5到0.7之间给出了不同的结果。差异可以通过Shipflow2程序应用3D方法并考虑到在这个Froude范围内较强的船体干扰的事实来解释，而Millward（1992）和Slender程序使用类似的方法（2D）。

当船体分离小时，结果突出显示了波阻系数的显著增加，显示出船体干涉效应。图5-7点得出以下结论：

在小的S /L，Shipflow2和Slender程序给出的结果之间的差异增加。

对于0.2 Fn 0.4和Fngt; 0.8，Shipflow2和Slender程序给出的结果非常接近于Millward（1992）的结果，证实了这个Froude范围的所有这些方法的准确性。

在弗劳德数高于0.8时，观察到的所有S / L比（0.2,0.4和1.0），Cw值收敛在0.0002左右。

图5.波浪系数（Cw）---- 威格利双体船（S /L = 0.2）

图6.波浪系数（Cw）---- 威格利双体船（S /L = 0.4）

图7.波浪系数（Cw） ---- 威格利双体船（S /L = 1.0）。

双壳体之间的间距越小，弗劳德数的约为0.5的Cw曲线越高。

关于与水面相关的限制船体获得的先前结果，，Shipflow2程序与船体用于在自由状态下，以确定不同浮汝德数下Cw曲线权衡，水下船体体积的变化和润湿表面积。

图8和9显示并比较了限制和自由条件下的Wigley单体船和在浅水深水的结果（L / h = 5; L =长度，h =深度）（Millward和Sproston，1988）。

结果表明，相对于水面，单体游离和限制的弗劳德数值在0.3和0.6之间的Cw值有很大的差异。当包括深度效应时，这些差异甚至更大。当海底或河底靠近船体时，船只的排水量增加，因此排水量和湿表面积增加。

对双船体船只进行了相同的试验。图10-12显示了Wigley双体船体在不同双层船体间距（S/ L）和深度处于自由状态下的结果。

当图5-9与图10-12进行比较。在图5-9中，可以看出，对于单体船，Froude数在0.3和0.6之间的自由条件下存在较高的Cw值的趋势。在双体船的情况下，当船体分离很小时，这种效果甚至更大，这是当发生浅水效应时增加的效果。Froude数大于0.7的结果表明，单体船和双体船的Cw值基本相同，由此我们得出结论：船体分离无关紧要。 对于大于0.7的弗劳德数，船体干扰实际上不存在而且双体船波阻力可以计算为两倍单体阻力。

图8单体在自由条件下的Cw系数

图9双体在限制状态下的Cw系数

图10 Wigley双体船-Cw系数处于自由状态，S / L = 0.2

图11.Wigley双体船 - Cw系数在自由条件下，S / L = 0.4

图12.Wigley双体船 - Cw系数在自由条件下，S / L = 1.0

在上述图中，弗劳德数值在0.3和0.6之间的Cw系数在自由情况下更大。 这是由船体的沉没造成的。

图 13-20显示单体船和双体船的水下体积和湿润船体表面积的百分比增加。 在自由船体条件下，单体船体积在深水中增加约12％，在浅水中增加20％（L / h = 5）。

图13.单体在自由条件下的体积变化

在双体船中，这种效果通过船体干扰而增强，如图14-16中的所示。 图14显示，当双层船体分离为比0.2（S / L）和弗劳德数在0.3和0.5之间时，浅水中的体积增加了33％。 它也表明，对于深水，Cw曲线在0.5左右达到峰值，当浅水效应发生时，Froude数值的峰值偏移在0.4左右。

图14.双体船在自由条件下的体积变化，S /L = 0.2

图15.双体船在自由条件下的体积变化，S /L = 0.4

图16.双体船在自由条件下的体积变化，S /L = 1.0

图17.单体在自由条件下湿表面积的变化

同样的效果也发生在湿表面积上，伴随着较小的百分比增加，但是在最关键的条件下为约19％（浅水和S /L = 0.2）（图18）。

图18.双体船在自由条件下湿表面积变化，S /L = 0.2

图19.双体船在自由条件下湿表面积变化，S /L = 0.4

图20.双体船在自由条件下湿表面积变化，S /L = 1.0

4.双体船的船身结果

Chengyi（1994）表明，对称双体船体的形状对双体船波浪阻力影响不大。 为了利用Shipflow2程序来研究不同的双体船船体几何形状（船体分离和水深的影响），使用了一种快速，轻松地修改船体几何形状的算法。

生成用于分析的船体具有以下特点：

长度（L）：40米;

宽度（b）：3.5米;

吃水（T）：1.5米;

侧缘角（A）：25度。

使用在Millward（1992）分析的相同双壳体分离和水深的程序Shipflow获得了波阻数据。

变量中使用的命名法是根据图21和图22中的轮廓定义的。

结果按表2所示的弗劳德数（Fn）和速度（V）进行分析。

图 23-25显示了船舶双体船在自由条件下获得的主要结果。

图 23-25支持以下结论：<!--

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