低內(nèi)傾干舷單體復(fù)合船型模型試驗研究

孫樹政，趙曉東，李積德，繆泉明

低內(nèi)傾干舷單體復(fù)合船型模型試驗研究

孫樹政1，2，趙曉東1，李積德1，繆泉明2

（1哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，哈爾濱150001；2中國船舶科學(xué)研究中心，江蘇無錫214082）

文章所研究的船型是以某圓舭船型為母型，采用低內(nèi)傾干舷和后傾穿浪艏設(shè)計，應(yīng)用減縱向運(yùn)動組合附體技術(shù)生成的新型單體復(fù)合船型。文中對該新型單體復(fù)合船型開展了水池模型試驗研究，試驗內(nèi)容包括靜水阻力試驗、規(guī)則波及不規(guī)則波耐波性試驗，并與圓舭原船型和常規(guī)單體復(fù)合船型模型試驗結(jié)果進(jìn)行比較。模型試驗結(jié)果表明新船型比圓舭原船靜水阻力性能得到提升，高速36 kns時減阻3%以上，耐波性較圓舭原船得到大幅提升，30 kns平均減縱搖達(dá)50%，綜合航行性能得到大幅提升，且優(yōu)于常規(guī)單體復(fù)合船型。

單體復(fù)合船型；低干舷；阻力；耐波性；模型試驗

1 引言

為應(yīng)對未來信息化海戰(zhàn)及海軍編隊作戰(zhàn)需求，艦船環(huán)境適應(yīng)性得到各海軍強(qiáng)國的普遍重視，其中尤以美國的DDX船型為代表。該船型突出的性能和技術(shù)特點(diǎn)是優(yōu)良的隱身功能，一體化上層建筑，且采用了倒V形隱身船型，其雷達(dá)反射信號僅為現(xiàn)役驅(qū)逐艦的1/64，采用電力推進(jìn)，其噪聲將比現(xiàn)役艦船小得多。研究表明單體復(fù)合船型在保持快速性與常規(guī)圓舭船型相當(dāng)?shù)那疤嵯履筒ㄐ缘玫酱蠓嵘齕1-4]。本文參考該船型隱身構(gòu)型設(shè)計，應(yīng)用減縱搖組合附體技術(shù)，開發(fā)了新型單體復(fù)合船型，研究表明其快速性與耐波性均優(yōu)于常規(guī)船型。

本文以某四千噸級圓舭船型為原型，保持排水量基本不變，水線以上線型采用低內(nèi)傾干舷設(shè)計，艏部線型采用后傾穿浪艏設(shè)計，艏部加裝減縱搖組合附體，生成新型四千噸級單體復(fù)合船型。見圖1所示為圓舭船型S0常規(guī)單體復(fù)合船型V1及新型單體復(fù)合船型NH1橫剖面圖。組合附體由半潛體和艏鰭組成，半潛體選用NACA-00翼型，采用上下對稱型式，艏鰭選用ЦАГИ翼型，組合附體見圖2所示。各船型模型主尺度、半潛體及艏鰭參數(shù)見表1～3所示，模型艏鰭安裝位置是：艏緣位于半潛體最大剖面處向船艏方向15 mm處。本文對加裝半潛體復(fù)合船型NH1及加裝組合附體（半潛體和艏鰭）復(fù)合船型NH11開展了水池模型試驗研究，試驗內(nèi)容包括靜水阻力試驗、規(guī)則波及不規(guī)則波試驗，模型的縮尺比為1：40，模型材料為玻璃鋼。并將試驗結(jié)果與圓舭原船型S0和常規(guī)單體復(fù)合船型V11模型試驗結(jié)果進(jìn)行了比較。

圖1 S0、V1及NH1橫剖面圖Fig.1 Body sections of S0,V1 and NH1

圖2 組合附體示意圖Fig.2 Sketch of built-up appendage

表1 試驗?zāi)Ｐ椭饕獏?shù)Tab.1 Parameters of models

表2 半潛體尺寸Tab.2 Dimension of SSB

表3 鰭的尺度Tab.3 Dimension of fin

2 靜水阻力試驗

對圓舭船型S0、加裝半潛體復(fù)合船型NH1、加裝組合附體復(fù)合船型NH11開展了水池模型靜水阻力試驗，測試內(nèi)容有模型阻力、模型升沉值及模型縱傾值。下面給出加裝半潛體單體復(fù)合船型NH1及加裝組合附體全隱身單體復(fù)合船型NH11與同噸級圓舭原船型S0、常規(guī)單體復(fù)合船型V11模型靜水阻力值、模型升沉值及模型縱傾值試驗結(jié)果，見圖3～5所示。

圖3 各船型模型靜水阻力結(jié)果Fig.3 Model resistance of the ships

從模型靜水阻力試驗結(jié)果可見，常規(guī)單體復(fù)合船型靜水阻力較圓舭船型略有增加，而新型單體復(fù)合船型靜水阻力性能優(yōu)于圓舭原船型，其中加裝半潛體新型復(fù)合船型NH1與圓舭船型S0相比，18 kns減阻3%，24 kns減阻1.5%，30 kns減阻2.83%，36 kns減阻5.16%；加裝組合附體船型NH11由于濕表面積增加，靜水阻力較NH1船型略有增加，與圓舭船型S0相比，18 kns阻力減小3.37%，24 kns航速阻力增加0.86%，30 kns阻力減小1.37%，36 kns阻力減幅為3.58%。由模型縱傾及升沉曲線可見，兩復(fù)合船型方案隨著航速的增加航行姿態(tài)與圓舭船型相比產(chǎn)生較大變化，降低了興波阻力，從而靜水阻力性能較圓舭船型得到改善。

圖4 各船型模型升沉值Fig.4 Model heave of the ships

圖5 各船型模型縱傾值Fig.5 Model surge of the ships

3 規(guī)則波試驗

對加裝半潛體全隱身單體復(fù)合船型NH1及加裝組合附體全隱身單體復(fù)合船型NH11開展了水池模型迎浪規(guī)則波試驗，測量內(nèi)容有：波浪中阻力、縱搖角、升沉、艏部0.5站、舯部10站以及艉部19.5站垂向加速度。為滿足線性理論要求，試驗波高取50 mm。下面給出各船型在18 kns（Fr=0.26）、30 kns（Fr=0.44）航速下迎浪規(guī)則波升沉、縱搖、首部加速度及尾部加速度響應(yīng)曲線，見圖6～7所示，峰值處減搖效果見表4所示。

圖6 各船型規(guī)則波運(yùn)動響應(yīng)（18 kns）Fig.6 Motion response of the ships at 18 kns

圖7 各船型規(guī)則波運(yùn)動響應(yīng)（30 kns）Fig.7 Motion response of the ships at 30 kns

表4 各船型減搖效果表Tab.4 Table of stabilizing effect

由規(guī)則波試驗結(jié)果可見，常規(guī)單體復(fù)合船型V11耐波性較圓舭原船型得到較大提升，減縱搖達(dá)到25%左右；新型單體復(fù)合船型縱搖響應(yīng)與艏加速度響應(yīng)較圓舭船型得到大幅提升，只加裝半潛體船型NH1，18 kns減搖15%，30 kns減搖41%；加裝組合附體船型NH11，18 kns平均減搖20%左右，30 kns減搖達(dá)50%；升沉響應(yīng)較圓舭船型沒有改善，高頻段升沉減小，低頻段升沉增加?？傮w而言，新型單體復(fù)合船型耐波性較圓舭原船型得到大幅提升，綜合減搖效果優(yōu)于常規(guī)單體復(fù)合船型。

4 不規(guī)則波試驗

開展了加裝組合附體全隱身復(fù)合船型NH11模型水池不規(guī)則波試驗，不規(guī)則波波譜采用ITTC單參數(shù)譜[5]，對應(yīng)實際海情有義波高H1/3分別取為五級3 m、六級5 m，對應(yīng)模型試驗分別為五級75 mm、六級12.5 mm。下面給出圓舭原船型S0、常規(guī)單體復(fù)合船型V11及新型單體復(fù)合船型NH11不規(guī)則波運(yùn)動有義值統(tǒng)計結(jié)果及減搖效果[6-7]，見表5、6所示，艏甲板上浪頻率統(tǒng)計結(jié)果見表7所示。

表5 五級海況下運(yùn)動有義值及減搖效果Tab.5 The significant amplitude motion on 5th class wave and the stabilizing effect

表6 六級海況下運(yùn)動有義值及減搖效果Tab.6 The significant amplitude motion on 6th class wave and the stabilizing effect

表7 甲板上浪頻率比較Tab.7 Comparison of green water frequency on deck

由不規(guī)則波試驗結(jié)果可見，常規(guī)單體復(fù)合船型與新型復(fù)合船型NH11較圓舭船型S0耐波性均得到較大提升，NH11縱搖和首部加速度減幅較V11更大，而升沉和艉加速度響應(yīng)有一定的增加。此外，新型復(fù)合船型NH11甲板上浪頻率比常規(guī)船型大幅降低，且上浪方式與常規(guī)船型不同，穿浪現(xiàn)象明顯，三種船型甲板上浪情況見圖8所示。

圖8 各船型不規(guī)則波試驗艏部甲板上浪情況Fig.8 The green water situation of the models in irregular waves

5 結(jié)論

通過水池模型試驗研究可以得到以下結(jié)論：

（1）常規(guī)單體復(fù)合船型靜水阻力較圓舭原船型略有增加，而新型單體復(fù)合船型靜水阻力較同噸級圓舭原船型得到改善；

（2）常規(guī)單體復(fù)合船型與新型單體復(fù)合船型較圓舭原船型耐波性均得到較大提升，其中新型復(fù)合船型縱搖和艏部加速度響應(yīng)改善幅度更大，而升沉和艉部加速度響應(yīng)較差。

（3）在模型試驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，新型單體復(fù)合船型砰擊、甲板上浪等非線性響應(yīng)與常規(guī)船型有所不同，上浪頻率大幅降低，且上浪方式與常規(guī)船型不同，穿浪現(xiàn)象明顯。

綜上所述，研發(fā)的新型單體復(fù)合船型綜合航行性能較圓舭原船型得到大幅提升，且綜合性能優(yōu)于常規(guī)單體復(fù)合船型。

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[2]于艷麗.復(fù)合船型模型試驗分析[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2008. Yu Yanli.Model test analysis of hybrid monohull[D].Harbin:Harbin Engineering University,2008.

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[7]孫樹政.單體深V復(fù)合船型構(gòu)型與水動力性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2010. Sun Shuzheng.Research on hull form and hydrodynamics of deep-V hybrid monohull[D].Harbin:Harbin Engineering University,2010.

Model test study on hybrid monohull with intilted low-freeboard

SUN Shu-zheng1,2,ZHAO Xiao-dong1,LI Ji-de1,MIAO Quan-ming2
(1 College of Shipbuilding Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China; 2 China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)

The researched ship is a hybrid monohull based on some round-bilge ship using intilted lowfreeboard,wave piercing bow,and longitudinal stability built-up appendage.In this paper,the model test on this new hybrid monohull is researched including resistance test in calm water and seakeeping test in regular and irregular waves.The model test results are compared with the round-bilge original ship and the regular hybrid monohull,and indicate that the resistance performance of the new hybrid monohull is better than the original ship,and the resistance is reduced by more than 3%at 36kns.The seakeeping performance is even better,and the pitch amplitude is averagely reduced by 50%.So the sailing performance of the new hybrid monohull is much better than the original round-bilge ship and even better than the regular hybrid monohull.

hybrid monohull;low freeboard;resistance;seakeeping performance;model test

U661.32

A

10.3969/j.issn.1007-7294.2014.07.010

1007-7294（2014）07-0809-06

2014-01-09

國家自然基金資助項目（51209054），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)基金項目（HEUCFR1201）

孫樹政（1982-），男，哈爾濱工程大學(xué)講師，中國船舶科學(xué)研究中心博士后，E-mail：

sunshuzheng@hrbeu.edu.cn；繆泉明（1965-），男，中國船舶科學(xué)研究中心研究員。