基于槽道翼压浪板的双M船纵向运动稳定性研究

作     者：张建峰 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李淑江

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：双M船 水气两相 纵向运动稳定性 组合附体 槽道水翼 压浪板 

摘      要：随着船舶行业的快速发展,越来越多的船型出现在人们视野当中,其中结合了多体船、滑行艇、微气泡减阻船等特点的双M船尤为亮眼。双M船在航行过程中利用其独特的结构特点捕捉空气,借助静浮力、水动力以及空气动力的增升作用,降低航行阻力,从而突破常规船型航速的极限,其类似多体船的横向结构,使得船体长宽比较小,横稳性好。近年来随着CFD技术的发展,在计算船舶水动力特性及其流场分布方面有了广泛的应用,同时双M船流场环境较为复杂,模型试验对其减阻机理、水气两相变化等细节研究较为困难,因此利用数值方法研究双M船航行性能成为不二之选。本文基于粘性CFD技术,利用商业软件STAR-CCM+对双M船纵向运动稳定性问题进行研究,采用重叠网格技术和DFBI模块模拟双M船和添加组合附体的双M船在静水直航中和迎浪规则波中的2-DOF运动,分析其阻力、水气两相特性及航行姿态,探究组合附体对双M船纵向运动稳定性的影响。主要研究内容包括:(1)网格无关性验证及不确定度计算,与拖曳试验数据进行对比验证,选取合适的网格方案和时间步长;(2)采用上述网格对双M船进行数值模拟,分析其静水中的阻力、压力、水气两相分布及艉后兴波等,总结双M船水气两相特性及航行机理;(3)基于Stocks一阶波模型创建三维数值水池,模拟双M船在迎浪规则波中的航行运动。(4)基于数值模拟,研究双M船静水直航中的阻力、纵向运动稳定性以及迎浪规则波中的纵向运动稳定性问题,分析影响双M船纵向运动稳定性的主要因素。(5)选择组合附体(槽道水翼+压浪板),探究组合附体对双M船静水直航中阻力、运动姿态及规则波中的运动稳定性的影响,以阻力、运动响应为目标函数,以组合附体的安装参数为自变量,给出适合于双M船的组合附体安装参数。研究表明,本文确定的网格方案和时间步长误差较小,采用该数值方案准确性较高。针对双M船在静水直航和迎浪规则波中的纵向运动稳定性问题,对裸船与安装组合附体的双M船进行对比研究,结果表明,组合附体可以起到减阻、减摇的作用。低速时尾压浪板起主要作用,抑制艉后兴波,降低压差阻力,减小尾倾;高速时槽道水翼起主要作用,减小船底湿面积,降低摩擦阻力,改善航行姿态;针对双M船航行性能,给出组合附体最佳的安装参数,为双M船组合附体的安装提供一定的参考价值。