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原文传递排水型中高速船浸没式喷水推进方案研究

论文题名：	排水型中高速船浸没式喷水推进方案研究
关键词：	中高速排水型船舶;浸没式喷水推进;计算流体力学;船型参数;水动力特性;机舱布置
摘要：	当前，中高速排水型船舶在军用和民用领域主要采用螺旋桨推进，在推进效率以及推进系统振动噪声方面的提升趋于瓶颈。为了在推进效率和振动噪声综合性能方面寻求新的突破，有必要针对中高速排水型船舶开展其他推进方式的一些探索研究。浸没式喷水推进是一种既有别于螺旋桨推进又不同于常规艉板式喷水推进的新型推进方式，具有与船体集成安装、伴流均匀、推进效率高、高效航速区域宽、振动噪声小等特点，在应用于中高速排水型船舶实现高效、低噪声推进方面具有较高的潜力。　　本文针对中高航速排水型水面船舶，开展了适用于浸没式喷水推进方式的船艉线型设计与航行性能评估研究。建立了浸没式喷水推进船舶艉部线型的参数化构型流程，采用CFD手段分析了不同船型参数对船体水动力性能的影响规律，提出了浸没式喷水推进船模的船型方案，并针对该特种推进方式开展了机舱布置方案研究以及相应的机舱舱段船体强度计算结果。论文主要开展的工作如下：　　（1）建立了浸没式喷水推进船舶的船型参数化模型。本文分析了国内外一些高航速大功率高性能方艉船舶的船型特征和设计概念，结合浸没式喷水推进器的装配方式和工作要求，确定了目标船型的主尺度和基本型线。选取了对船体水动力性能影响较大的四个主要船型参数及多个局部船型参数，基于局部参数化建模方法，建立了浸没式喷水推进船舶的参数化船体模型。各个参数间相互关联，在船型设计时通过调整船型参数，快速、准确地形成新船型。船型的参数化设计可为船型后续优化设计提供高效的建模工具。　　（2）采用计算流体力学（CFD）方法开展了船型参数对水动力特性的影响规律研究。基于粘性流CFD手段，采用重叠网格技术和六自由度运动模型，开展了浸没式喷水推进船模的裸船阻力以及自航性能CFD数值预报方法研究。分别选取了艉部抬升点、船艉舭部宽度、进水流道长度以及槽道横向位置等控制参数，计算并分析了不同船型参数对浸没式喷水推进船舶水动力特性的影响规律。根据计算与分析结果，得到了阻力性能较好的浸没式喷水推进船型方案，并在该方案的基础上提出了浸没式喷水推进器在船艉集成布置与装配的多个方案。针对浸没式喷水推进器的不同装配方案，开展了船模自航性能CFD数值计算与初步评估。预报了浸没式喷水推进器的射流、流道内的流线及速度分布、推进器流场与船艉流场的相互影响等性能，进一步验证了本文设计的浸没式喷水推进中高速船舶的船型方案的有效性。　　（3）开展了浸没式喷水推进船舶机舱布置方案研究及机舱舱段结构强度有限元计算。依据相关规范，建立了实尺度浸没式喷水推进船舶机舱舱段模型，分析了推进器布置形式与传动系统的长度等要素对机舱布置等方面的影响。散货确定了船舶的载荷工况，并对载荷工况下的机舱结构进行了有限元计算，评估了结构的强度。在评估结构强度的同时，对于机舱舱段各构件的位移、应变及应力的分布情况进行了分析，校验了本文提出的浸没式喷水推进船舶船型方案的合理性。
作者：	王涵奇
专业：	船舶与海洋工程
导师：	丁江明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021