三體船運動性能試驗研究

三體船運動性能試驗研究

近年來，三艘超細長的船受到了極大的關(guān)注。這種船型的主要特征是全船由主體和兩個側(cè)體構(gòu)成,主體提供全船約90%的排水量,側(cè)體對任意浪向中的船體流場和耐波性能產(chǎn)生復(fù)雜的影響。由于橫搖時船體附近流場的復(fù)雜性及水粘性的影響,阻尼的純理論計算相當(dāng)困難。目前最可靠的方法仍是模型試驗。迎浪航行是船舶航行時經(jīng)常選取的航態(tài),在這種航態(tài)下影響船舶作業(yè)的主要因素是船的縱搖、垂蕩、垂向加速度、甲板上浪及砰擊等,且這些方面難以通過減搖措施得到改善,因此這些要素是評價船舶運動性能的重要條件。1模型試驗1.1船耐波性試驗?zāi)Ｐ腿w船模型耐波性試驗在船模試驗池進行,三體船耐波性試驗?zāi)Ｐ偷脑蜑橐桓咚偃w實船,實船與模型主尺度、主體和側(cè)體的主尺度要素見表1,型線見圖1,船模縮尺比為16,坐標(biāo)系見圖2。1.2船模側(cè)體試驗項目三體船模型耐波性試驗內(nèi)容包括:1)船模在靜水中的自由橫搖試驗;2)船模在規(guī)則波中的零速橫搖試驗;3)有航速時船模在靜水中的自由橫搖試驗;4)規(guī)則波中船模的迎浪航行試驗。為了掌握側(cè)體位置(主要是橫向位置)和舭龍骨對三體船橫搖運動的影響,在上述試驗項目中進行對比試驗研究,包括:1)系列變化側(cè)體橫向位置(側(cè)體橫向位置用主體水線寬無因次化表示為b0=b/B=1.056,1.333,1.611,b、B尺寸見圖3)。2)在模型側(cè)體內(nèi)側(cè)底部安裝舭龍骨進行試驗。舭龍骨的尺寸見表2,安裝位置見圖3。2規(guī)則波幅頻率響應(yīng)曲線根據(jù)靜水模型試驗記錄的自由橫搖衰減曲線分析得出消滅曲線,確定出三體船線性橫搖衰減系數(shù),見表3。根據(jù)船模零速橫搖和規(guī)則波中迎浪試驗的測量數(shù)據(jù)換算出實船在規(guī)則波中的橫搖、縱搖、垂蕩和阻力增加頻率響應(yīng)曲線,見圖4～7。式中:A=124ζˉ2w/3Tˉˉˉ40?B=497Tˉˉˉ40A=124ζˉw/32Τˉ04?B=497Τˉ04,取海上有義波高ζw/3=1.5、2.5、3.5m,海上波浪平均過零周期Tˉˉˉ0=4.0～6.0sΤˉ0=4.0～6.0s。在線性范圍內(nèi)應(yīng)用統(tǒng)計分析方法對實船在不規(guī)則波中的統(tǒng)計特性進行分析,計算結(jié)果見表4。3體船橫搖幅和升沉運動仿真結(jié)果1)三體船側(cè)體橫向位置對橫搖阻尼有明顯影響,見圖8。隨著側(cè)片體與主體間距的加大,橫搖阻尼迅速增加,橫搖衰減加快。2)舭龍骨對三體船橫搖阻尼有顯著影響。由圖4可見布置在側(cè)體內(nèi)側(cè)舭部的舭龍骨,對增大橫搖阻尼,尤其是諧搖區(qū)具有明顯的效果。根據(jù)船模試驗結(jié)果,對實船進行不規(guī)則波中的橫搖運動統(tǒng)計分析,計算結(jié)果(見表4)表明,舭龍骨對減小三體船的橫搖角具有明顯效果,波長40～80m時單位波高的有義橫搖角減小約24%。3)隨著航速的增加,三體船的橫搖搖幅顯著減小,見圖9。分析結(jié)果顯示,航速增加后,橫搖阻尼顯著增大,可見航速的增加,使得三體船周圍的流場發(fā)生變化,對三體船橫搖阻尼具有明顯的影響。4)為了了解三體船縱搖、升沉運動的水平,本文對三體船和相當(dāng)?shù)膯误w船進行了對比。所選的單體船主尺度要素見表5,航速和三體船相似,排水量相近,單體船的耐波性計算采用切片理論方法,部分計算結(jié)果見圖10、11。不失一般性,用于比較的三體船耐波性指標(biāo)也應(yīng)采用計算結(jié)果。超細長三體船的側(cè)體是小排水量的細長片體,相當(dāng)于一個流線型的小附體,在迎浪航行時對船體運動的貢獻很小。本文在理論計算時將三體船簡化為單體船,即忽略側(cè)體形狀的影響,只計入排水量,用切片理論方法計算迎浪情況下三體船的縱搖和垂蕩運動。經(jīng)比較,本文計算與模型試驗結(jié)果的差別完全在正常偏差之內(nèi)。因此這種近似方法可用于三體船迎浪運動的近似計算。有關(guān)簡化計算的方法和結(jié)果見文獻。對三體船迎浪運動的部分計算結(jié)果見圖10、11。對三體船和相當(dāng)單體船迎浪情況下縱向運動的計算結(jié)果顯示,總的來說三體船的縱搖、垂蕩和其他運動特性優(yōu)于相當(dāng)?shù)膯误w船。4船側(cè)側(cè)設(shè)置內(nèi)部側(cè)設(shè)置本文對超細長三體船型進行了耐波性模型試驗研究,主要結(jié)論如下。1)三體船的側(cè)體橫向位置對三體船的橫搖運