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原文传递双体小水线面水翼复合型高速船（HYSWATH）船型研究

论文题名：	双体小水线面水翼复合型高速船（HYSWATH）船型研究
关键词：	复合型高速船;兴波阻力;运动响应;航速效应
摘要：	本文在前人研究小水线面双体船和水翼艇的基础上，结合国外关于复合船型最新的研究进展，主要进行了以下几方面的工作： (1).HYSWATH船型设计研究。基于切比雪夫多项式，从HYSWATH主体及支柱的几何特征出发，提出一种生成支柱水线和主体横剖面面积曲线的简单方法，并设计了静排水量为400吨的HYSWATH水下型线。同时，通过统计分析国内外建造和设计的多艘小水线面双体船的资料，确定主要尺度参数之间的关系，提高了本方法的实用性和型线生成效率。 (2).HYSWATH阻力性能研究。分析双体小水线面水翼复合型高速船(HYSWATH)的阻力变化规律，给出此船型各阻力成分的计算公式，并在此基础上讨论HYSWATH处于翼航状态时吃水和纵倾角的计算方法，形成了计算HYSWATH翼航状态阻力的方法。为验证本文提出的阻力计算方法的正确性，调整升力与浮力比为零，计算HYSWATH的兴波阻力，与SWATH模型剩余阻力试验结果进行比较，并将总阻力的理论计算结果与HYSWATH模型试验结果进行比较。同时讨论了升力浮力比、水翼攻角、水翼设置位置和船体重心位置等参数对HYSWATH阻力性能的影响。 (3).HYSWATH耐波性理论计算方法的初步探讨。在以前研究的基础上，讨论了两种方法——切片理论和高速细长体理论在HYSWATH耐波性理论计算中的应用。HYSWATH船体片体是典型的细长体，可以采用切片理论计算耐波性能的计算，由于HYSWATH片体的特殊形状，还特别讨论了水的粘性作用对运动方程中水动力系数的影响，以及水翼在HYSWATH运动性能中的作用。由于切片理论采用了低速的假设，在航速较高时，船舶运动响应的计算结果与模型试验出入较大，为了体现船舶水动力计算的航速效应，文中引入高速细长体理论，该理论采用二维势流理论求解流场，同时保留了三维有航速的自由面条件，特别适合高航速下的船舶运动。文中比较了两种方法得出的结果的差异，试着分析了考虑航速效应后，自由面条件对计算结果的影响。 (4).HYSWATH运动稳定性研究。随着航速的增加，Munk力矩的迅速增大是HYSWATH纵向运动失稳的主要原因。HYSWATH在翼航状态航行时，随着航速的增加吃水减小，翼航排水体积减小，一方面使垂荡运动附加质量减小，因此Munk力矩的增加没有SWATH那么快，有利于HYSWATH纵向运动的稳定性，但另一方面又使船体的恢复力矩减小，是不利于HYSWATH纵向运动稳定性的。报告在HYSWATH的运动稳定性方面主要研究了以下几个问题：a.针对HYSWATH小扰动纵向运动方程，推导了稳定性特征方程及各项系数，并且结合HYSWATH的运动及几何特征和理论计算结果，进行了HYSWATH纵向稳定性判据的简化。b,计算分析了前后水翼面积比和船体重心高度的变化对纵向运动稳定性的影响。c.通过船模试验验证了理论计算方法的准确性，从理论和试验两方面证明了HYSWATH在高速航区的运动是稳定的。 (5).HYSWATH模型试验研究。报告对一型采用非自控组合水翼系统的HYSWATH-400方案的1：20模型进行了阻力、耐波性和运动稳定性三方面的试验研究工作，整个试验过程，测量并分析了船模阻力、吃水、纵倾角以及船舶运动稳定性随航速、水翼位置和攻角的变化，还测量并分析了迎浪航行时HYSWATH模型纵摇和升沉的频率响应函数。试验结果表明HYSWATH模型具有很好的耐波性，稳定性和阻力性能。 a.前水翼的位置前移和变化攻角对HYSWATH的阻力性能和船模进入翼航状态的速度影向很大，并能改善过渡状态时船舶的阻力性能； b.HYSWATH模型在体航、过渡和翼航等不同航行状态时的纵倾角都比较小，这说明非自控组合水翼系统可以保证HYSWATH船型在整个航行过程的浮态； c.迎浪航行时，HYSWATH表现出了很好的耐波性，整个波长范围内，垂荡响应不超过1.2，纵摇响应不大于0.4； d.篼航过程中，无论是小扰动还是人为的大扰动，HYSWATH都具有很好的位置稳定性。理论计算和模型试验都表明，文中提出的HYSWATH是具有优良运动性能的高速新船型，报告的研究工作填补了国内此项研究的空白，为今后进一步开发HYSWATH提供科学基础、理论依据和技术储备。
作者：	刘亚东
导师：	谭家华
授予学位：	博士后
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文