【摘要】：隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展和海洋資源爭奪日趨激烈,高性能船舶扮演著越來越重要的角色,三體船作為高性能船的代表之一,以其眾多優(yōu)點脫穎而出,針對其優(yōu)秀的阻力性能,能否還有升級改造的空間是船舶學者關注的一個熱點問題。在目前應用于方尾型高性能船的節(jié)能附體中,應用最為廣泛且效果較好的有尾導流板和尾阻流板兩種,本文針對一艘中體為方尾的三體船型安裝兩種尾部附體,進行模型試驗和數(shù)值模擬研究,探討這兩種附體對三體船的水動力影響。本文通過調查三體船阻力性能研究方法以及兩種方尾節(jié)能附體的國內外研究現(xiàn)狀,確定本論文的主要研究內容和方法:首先采用模型試驗的方法,對安裝尾阻流板和尾導流板對三體船造成的宏觀物理量進行研究,觀察試驗現(xiàn)象,總結相關規(guī)律;然后通過數(shù)值模擬的方法對微觀流場細節(jié)進行數(shù)值計算,探索安裝兩種附體對三體船的阻力性能影響的機理。首先分別對有無安裝附體的三體船進行模型試驗,確定安裝附體的減阻效果,通過改變不同的尾阻流板和尾導流板的尺寸,研究其對三體船阻力性能的影響的變化規(guī)律;然后采用計算流體力學軟件討論船身表面網(wǎng)格尺寸以及湍流模型對阻力預報的精度影響,并從實際物理現(xiàn)象對比以及表面興波等方面驗證數(shù)值的可行性,對于數(shù)值計算的不確定度也進行了相關分析;最后基于選用的網(wǎng)格劃分方案和物理模型等數(shù)值計算相關參數(shù),對應模型試驗工況進行數(shù)值模擬,從分析安裝附體對航行姿態(tài)、船體周圍及方尾后的粘性流場、船身表面壓力分布和流線分布的影響等方面,對兩種附體對三體船的阻力性能影響機理進行研究。此外,論文為探討安裝附體帶來的航行姿態(tài)變化對三體船的阻力性能的影響,設計固定模方案,采用數(shù)值模擬方法進行相關分析。通過本研究,發(fā)現(xiàn)安裝兩種附體均會帶來三體船的航行姿態(tài)、船身周圍及方尾后方興波、船身表面壓力、流場分布等方面的變化,但影響程度并不相同;發(fā)現(xiàn)一定情況下尾阻流板和尾導流板會提高三體船的阻力性能;安裝兩種附體造成減阻機理主要是改善船舶尾部流場,增加其虛長度進而降低興波阻力,而帶來三體船航態(tài)變化對阻力的影響不明顯。
【圖文】：

體船細長的船體不利于舾裝，導致內部空間利用率較低，，浪費資源。但是總體上來說，三體船優(yōu)勢遠勝其弊端，能滿足許多苛刻的船舶需求，是大有潛力的一種新型船舶。1.2.2 三體船的實船案例英國設計建造的 “海神號”三體試驗艦為三體船發(fā)展的一座里程碑，該船并于 200年 3 月份下水，由位于英國南安普敦的沃斯珀·桑尼克羅夫特公司建造[18]，“海神”號水線長 91 米，型寬 22.5 米，是世界上第一艘電動三體演示艦，但海神號建造過程中也暴露了如：成本高、重量難控制、內部空間狹小等問題。海神號雖未成為新型三體船戰(zhàn)艦的鼻祖，但其進行的相關實驗為后續(xù)的三體船建造積累了寶貴的經(jīng)驗。后來 2005 年，澳大利亞建造了 127 m 長的小側體高速三體船 Benchijigua Express是三體船作為民用的案例之一，該船可以同時搭載乘客和車輛，載重 1141 t，服務航速38 節(jié)。2008 年美國三體近岸戰(zhàn)艦 USS Independency(“獨立號”)LCS-2[19]建成，這艘三體船是著名的三體船服役軍艦之一。

（a）“北救 143 號” （b）“南救 511 號”圖 1.2 三體船軍艦（中國）在民用船舶中，競速船舶方面，三體船大放異彩，“中國 青島”號[20]（圖 1.3a）三體船是一艘競技帆船，該船長 29.7 米，寬 16.5 米，該船是一艘國際航海界公認的一艘集簡潔、高效、堅固于一體的超級帆船，目前擔任該船的船長為具有“中國職業(yè)帆船第一人”之稱的郭川。 “Nacif”號（圖 1.3b）也是一艘競技帆船，在 2015 年的世界上最快的帆船競速賽之一“Transat Jacques Vabre”比賽中，狂甩第二名 88 英里。此外，一艘名叫“地球競速”的三體船，創(chuàng)造過全新的快艇環(huán)游地球記錄，該船為阻止日本捕鯨船捕鯨，勇敢地撞了上去、最終沉沒……知名國際反捕鯨環(huán)保組織“海洋守護者”為此又建造了一艘反捕鯨船“哥斯拉”號。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U661.311

【參考文獻】

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本文編號：2693963