三体船水动力导数及操纵性能预报研究
作为一种新型的高性能船舶，三体船以其阻力性能优良、耐波性好、稳性好、甲板面宽敞、布置灵活、生存能力强等优点，受到国内外船舶设计研究人员的普遍关注。现在对三体船水动力的研究多集中于阻力和耐波性方面，而对其操纵性的研究甚少。作为船舶重要的航行性能之一，操纵性与船舶航行的经济性和安全性息息相关。据统计，目前因为操纵性原因造成的海上事故占事故总量的一半左右，不仅造成了生命财产的巨大损失，而且对海洋生态环境造成严重污染。为此，IMO(国际海事组织)和各个国家都在制定船舶操纵性标准，今后对船舶操纵性的要求将更加明确和严格，在船舶设计和建造过程中将进行更多、更精确的操纵性预报。随着三体船在军事和民用领域应用的日益广泛，迫切需要对其进行操纵性方面的研究。
目前船舶操纵性预报最普遍的方法为船舶操纵运动方程法，而求解船舶操纵运动方程的核心是水动力导数的确定。公认的最为可靠的确定水动力导数的方法是约束模型试验法。通过变舵角拖曳试验、纯横荡试验、纯艏摇试验等约束船模试验，可有效的确定操纵性水动力导数。但模型试验有其自身固有的缺点：试验花费高且周期较长，不便于修改船型进行操纵性优化设计。近年来随着计算机性能的快速发展，应用计算流体力学(CFD)技术解决船舶操纵性问题已成为可能。国内外已有很多学者应用RANS方法数值模拟单体船和潜水器操纵运动粘性流场，通过测定船体受到的水动力和力矩求解操纵性水动力导数。
本文采用CFD方法，数值模拟了三体船变舵角拖曳试验、PMM试验中纯横荡和纯艏摇试验船体周围的粘性流场，计算船体受到的水动力和水动力导数。计算中计及了自由液面的影响，但没有考虑船体浮态的变化。
三体船纯横荡和纯艏摇试验的数值模拟表明，船体受到的侧向力和艏摇力矩随时间简谐变化，力和力矩的幅值与振荡频率呈线性关系。研究表明：侧体位置变化对三体船回转性影响很大，侧体横向跨越小回转性越好；侧体由主体尾部移至中部，回转性提升；侧体横向位置变化比纵向位置变化对回转性的影响更为显著。
三体船;操纵性;水动力导数;阻力性能;计算流体力学;数值模拟;粘性流场
哈尔滨工程大学
硕士
流体力学
李云波
2012
中文
U674.951
72
2013-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）