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侧翼船在规则波中的阻力与运动特性研究
| 论文题名： | 侧翼船在规则波中的阻力与运动特性研究 |
| 关键词： | 侧翼船;规则波;阻力特性;运动特性;计算流体动力学 |
| 摘要： | 随着各个国家对陆地上自然资源的不断开发与消耗，大家纷纷将目光转向海洋。从工业革命至今，一个国家的国际地位往往与其海军实力相关。而要提升海军实力，第一步就是要研发高性能船型，以提高海上舰艇的性能。 虽然我国在高性能船的研究上起步较晚，与世界先进水平存在一定差距，但也没有因此甘居人后。进入新世纪后，全国上下多所高校及船舶研究院在高性能船的研发上投入了大量的人力、物力，其中开发较为成熟且已投入使用的就有小水线面双体船和高速穿浪双体船等高航速船型。 本文将所参与项目的新型高速侧翼船（SWIS）作为研究对象，基于CFD数值模拟软件STAR CCM+开展船舶在规则波中的阻力与运动的模拟研究，主要工作内容如下： （1）基于RANS方法，以流体体积法捕捉自由水面，进行规则波的数值模拟。建立虚拟水池，并完成造波，通过调整规则波波长和波高方向的网格数量达到不同的加密效果，在分析不同加密策略下波浪模拟值与理论值之间的差距后，选取较优的网格划分策略。然后对其进行不同时间步长下的模拟，以确定适合的时间步。 （2）基于规则波的模拟，对带舵的KCS船模进行顶浪规则波下的模拟，监测其阻力与运动响应（纵摇和垂荡），并将模拟结果与试验值进行对比发现二者基本吻合，完成了数值模拟方法的有效性验证。 （3）侧翼船和其单独中体在顶浪中的数值模拟。建立计算域，并生成网格；先模拟二者在静水中的运动；再对二者进行不同波长的顶浪中的数值模拟。通过侧翼船和单独中体在顶浪规则波中的数值模拟对比得出，在顶浪中侧翼的存在对船体的运动响应（垂荡和纵摇）影响较小，不过当波长区间略大于船长（1.1＜λ/L＜1.8）时，侧翼会使主体所受阻力增加，而随着波长的继续增大，侧翼减阻的效果才逐渐显现。 （4）侧翼船在不同浪向角下的数值模拟。通过模拟侧翼船在150°和120°斜浪以及90°横浪中的运动，研究分析了侧翼船在不同浪向角规则波中的阻力及运动特性（垂荡、纵摇与横摇）。随后又进行了一系列补充模拟，通过对比发现在中波长正横规则波中，侧翼会明显增加船体的横摇力矩，引发较为剧烈的横摇运动，降低船舶耐波性。不过随着波长的继续增大，侧翼减小船体横摇运动的效果越来越明显。此外，侧翼也能有效减少横摇运动的收敛时间。 本课题的研究为侧翼船后续研究工作的开展积累了宝贵的经验，并且丰富了国内对于高性能船舶的研究体系。 |
| 作者： | 范鹏飞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 侯立勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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