船艏及干舷壓浪在高速艇上的應(yīng)用對(duì)比

魏成柱，李英輝，易宏

1上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240

2高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海200240

船艏及干舷壓浪在高速艇上的應(yīng)用對(duì)比

魏成柱1，2，李英輝1，易宏2

1上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240

2高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海200240

快艇在高速航行時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的艏部興波和干舷淹濕問題，通常需要采用適當(dāng)?shù)膲豪舜胧﹣?lái)控制這些不利因素。為進(jìn)一步研究干舷壓浪技術(shù)在高速艇上的應(yīng)用效果并與船艏?jí)豪思夹g(shù)進(jìn)行對(duì)比，基于某一細(xì)長(zhǎng)高速穿浪船，對(duì)比這2種壓浪技術(shù)對(duì)船體興波、淹濕、運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)性和高速下橫傾回復(fù)力矩的影響。船體淹濕、阻力和船體運(yùn)動(dòng)通過求解URANS方程和使用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)獲得，高速下的橫傾回復(fù)力矩也通過求解URANS方程獲得。計(jì)算結(jié)果表明，2種壓浪技術(shù)均能有效控制船體淹濕，但干舷壓浪設(shè)計(jì)能在船長(zhǎng)范圍內(nèi)控制船體淹濕并具有更好的初穩(wěn)性，在高速下也有更大的橫傾回復(fù)力矩。自航模試驗(yàn)也驗(yàn)證了壓浪干舷的可行性和良好性能。

高速艇；干舷壓浪；船體淹濕；穩(wěn)性；橫傾回復(fù)力矩；數(shù)值水池試驗(yàn)

0 引 言

快艇在高速航行時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的艏部興波而淹濕部分船艏，且淹濕會(huì)隨著速度的提高而向船體中、后部發(fā)展，進(jìn)而增加船體濕表面積和船體阻力。當(dāng)快艇的速度超過某一臨界值時(shí)，摩擦阻力會(huì)重新主導(dǎo)船體阻力，此時(shí)，減小船體濕表面積是一種有效的減阻手段。為了控制船艏興波以及干舷上浪與淹濕，可以采用在艏部或水線附近安裝壓浪條（或防濺條）［1］的方法。安裝壓浪（防濺）條是一種非常簡(jiǎn)單、易行的壓浪措施，俄羅斯的1234型導(dǎo)彈艇就在艏部安裝了防濺條以控制艏部興波和淹濕。除艏部壓浪以外，最近還興起了帶折角設(shè)計(jì)的干舷壓浪式設(shè)計(jì)，其主要特征是干舷在水線附近向外折出，有時(shí)該設(shè)計(jì)也被稱為“Ω船型”。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，除了壓浪以外，還能增加船體容積，能在提高穩(wěn)性的同時(shí)而不用加寬水線以下船體，特別適合于一些細(xì)長(zhǎng)的高速快艇。Thompson［2］在其專利中就采用了類似的技術(shù)，印尼的三體導(dǎo)彈艇的主船體也采用了類似的技術(shù)。采用帶折角設(shè)計(jì)的干舷，將壓浪附體融合到船體設(shè)計(jì)中逐漸成為一種廣泛采用的技術(shù)。相比于安裝壓浪（防濺）條，干舷壓浪設(shè)計(jì)需融入到整個(gè)船體設(shè)計(jì)周期中。

魏成柱等［3］研究了楔形壓浪體在內(nèi)傾式船艏上的應(yīng)用效果，證實(shí)楔形壓浪體可以有效控制高速下內(nèi)傾式穿浪船的艏部上浪和船體淹濕。王健等［4］在對(duì)無(wú)人自航模進(jìn)行低速直航研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，自航模的姿態(tài)與水池試驗(yàn)值存在差別，表現(xiàn)為自航模的艉傾角略大于拖曳水池試驗(yàn)測(cè)量值。同時(shí)，Wei等［5］也通過數(shù)值水池試驗(yàn)研究了船體航行姿態(tài)對(duì)船體淹濕的影響?；谝陨涎芯浚疚臄M在高速艇上采用干舷壓浪的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［6］初步討論了干舷壓浪的縱向角度問題。

為進(jìn)一步考察干舷壓浪在快艇上的使用效果，并對(duì)比船艏?jí)豪伺c干舷壓浪的使用效果和差異，本文將以一艘細(xì)長(zhǎng)的高速單體穿浪船為母型船，通過加裝艏部楔形壓浪條和采用干舷壓浪來(lái)對(duì)比這2種技術(shù)措施對(duì)船體淹濕、阻力、運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)性及高速下橫傾回復(fù)力矩的影響。由于尖舭滑行艇在高速航行時(shí)只有舭部折角線以下的船底接觸水面，甚至是只有船艉一小部分接觸水面，其濕表面積很小，故本文的研究將主要針對(duì)并適用于瘦長(zhǎng)的非尖舭滑行艇設(shè)計(jì)的高速圓舭或近圓舭類快艇（船）。

為了完成本研究，本文將主要基于數(shù)值水池試驗(yàn)，通過求解URANS方程來(lái)研究2種技術(shù)對(duì)船體阻力、運(yùn)動(dòng)和高速下橫傾回復(fù)力矩的影響。隨著技術(shù)和學(xué)術(shù)水平的積累，數(shù)值計(jì)算的精度和可靠性得到了很大的提升，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用上得到越來(lái)越廣泛的使用和認(rèn)可［7］，成為除模型試驗(yàn)外船型優(yōu)化設(shè)計(jì)非常有效的手段。當(dāng)傅汝德數(shù)Fn較高時(shí)，由于船體存在較大的縱向和垂向耦合運(yùn)動(dòng)，因此在數(shù)值計(jì)算中，為了更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)船體性能，需要考慮船舶航行運(yùn)動(dòng)改變對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的影響，而獲取和模擬船體運(yùn)動(dòng)最為有效的方法是使用動(dòng)網(wǎng)格。此外，本文也將進(jìn)行簡(jiǎn)單的自航模測(cè)試來(lái)驗(yàn)證干舷壓浪的使用效果。通過本次研究，進(jìn)一步揭示干舷壓浪的性能，證明其在高速艇上的實(shí)用價(jià)值。

1 壓浪方案及計(jì)算原理

本文以一艘16 m長(zhǎng)的高速穿浪快艇［8］為母型船，分別采取在艏部安裝楔形壓浪條和將干舷改裝成折角壓浪式的設(shè)計(jì)來(lái)比較這2種壓浪技術(shù)的影響，不過船體水線以下部分保持不變。帶折角的干舷壓浪式設(shè)計(jì)是在原有干舷的基礎(chǔ)上，干舷在水線以上部分向船外凸出。干舷折角線連接艏柱和艉柱，分布于船長(zhǎng)范圍內(nèi)。在本次研究中，干舷凸出的寬度為0.075倍水線寬。艏部安裝壓浪條和采用干舷壓浪的實(shí)施方案如圖1所示。圖中還給出了船艏?jí)豪朔桨负透上蠅豪朔桨傅拇w橫剖線及側(cè)向輪廓線。

圖1 2種壓浪方案的船體橫剖線和側(cè)向輪廓線Fig.1 Hull sections and side profiles of two methods

本文的研究除初穩(wěn)性以外，均在模型尺度內(nèi)進(jìn)行，計(jì)算中所用到模型的主尺度如表1所示，其縮尺比為6。

表1 計(jì)算模型主尺度Table 1 Main dimensions of the hull model

本文選用數(shù)值水池試驗(yàn)作為主要研究手段，求解URANS方程，考慮粘性。在粘性流理論中，對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行平均，得到雷諾平均的Navier-Stokes方程（RANS）。為了封閉RANS方程組，必須對(duì)雷諾應(yīng)力張量進(jìn)行模擬，因而產(chǎn)生了較多的湍流模型。這里選擇在船舶行業(yè)中應(yīng)用較多的SSTk-ω模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)該模型的詳細(xì)介紹可參見文獻(xiàn)［9］。對(duì)自由面的捕捉則使用當(dāng)前流行的流體體積（Volume of Fluid，VOF）法［10］，并通過設(shè)定水的體積分?jǐn)?shù)為0.5而得到。

為了模擬船體運(yùn)動(dòng)，需要使用動(dòng)網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通常，最直接的方式是使船模曲面運(yùn)動(dòng)，并配合以彈簧光順法和局部網(wǎng)格重構(gòu)。但是這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行網(wǎng)格重構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)體積網(wǎng)格而導(dǎo)致計(jì)算失敗，而且網(wǎng)格重構(gòu)會(huì)產(chǎn)生額外的計(jì)算時(shí)間。另一種方法是將邊界層網(wǎng)格作為一個(gè)區(qū)域或者將邊界層網(wǎng)格及附近部分網(wǎng)格隨船模曲面一起運(yùn)動(dòng)，并配合以彈簧光順法，該方法對(duì)模型周圍網(wǎng)格沒有影響，有利于加入并保有邊界層網(wǎng)格。本文用于計(jì)算船體阻力、興波和運(yùn)動(dòng)的數(shù)值計(jì)算時(shí)將計(jì)算域分為了2部分，包括隨船體運(yùn)動(dòng)的隨體區(qū)域（Dynamic zone）和靜止區(qū)域（Stationary zone），其中運(yùn)動(dòng)區(qū)域采用四面體網(wǎng)格來(lái)適應(yīng)船體復(fù)雜曲面，靜止區(qū)域則采用六面體網(wǎng)格，船體表面添加邊界層網(wǎng)格。由于船體對(duì)稱，故取一半船體創(chuàng)建計(jì)算域。計(jì)算域的劃分與網(wǎng)格剖面如圖2（a）所示。隨體區(qū)域和靜止區(qū)域之間的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是連續(xù)的。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量超過150萬(wàn)時(shí)，網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響就會(huì)非常?。?1］。在求解船體阻力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，所用到的網(wǎng)格數(shù)量大于200萬(wàn)，滿足計(jì)算精度對(duì)網(wǎng)格數(shù)量的要求。為了驗(yàn)證計(jì)算方法的可靠性和有效性，將某排水型高速單體穿浪船基于該方法的計(jì)算結(jié)果與水池試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，該方法能夠滿足船型性能預(yù)測(cè)的要求，如圖3所示。本文中的阻力、縱傾（艉傾為正）、升沉（向上為正）結(jié)果均做了無(wú)因次化處理。在研究壓浪措施對(duì)高速下船體橫傾回復(fù)力矩的影響時(shí)，由于模型存在橫傾角，因此該部分計(jì)算采用整船；模型固定；速度節(jié)點(diǎn)選為8.4 m/s，對(duì)應(yīng)的傅汝德數(shù)Fn=1.630；初始艉傾角選取水池試驗(yàn)測(cè)量值3.45°，橫傾角度分別設(shè)為左傾5°，10°和15°。計(jì)算網(wǎng)格采用切割體網(wǎng)格，計(jì)算域與網(wǎng)格剖面如圖2（b）所示。由于非對(duì)稱的原因使用了整船進(jìn)行計(jì)算，故網(wǎng)格數(shù)量大于380萬(wàn)。

圖2 計(jì)算域設(shè)置和網(wǎng)格剖面Fig.2 Computational domain settings and meshes

圖3 計(jì)算方法驗(yàn)證Fig.3 Experimental verification of the calculation method

2 興波和船體淹濕

計(jì)算結(jié)果表明，2種壓浪方式產(chǎn)生的船體興波差異較大，如圖4所示?？傮w來(lái)說，干舷壓浪較船艏?jí)豪嗽诖w周圍產(chǎn)生的興波小，興波更靠后；船艏?jí)豪撕透上蠅豪讼啾绕漪疾颗d波要明顯些。當(dāng)Fn=0.407時(shí)，2種方案在船體周圍產(chǎn)生的興波差別不大。而當(dāng)Fn=1.630時(shí)，2種方案產(chǎn)生的興波差異則主要體現(xiàn)在船體四周，原因分析如下：當(dāng)航速提高時(shí)，艏部開始上浪并不斷加強(qiáng)，此時(shí)采用外飄式設(shè)計(jì)的船艏?jí)豪梭w的作用愈來(lái)愈明顯，由此產(chǎn)生的興波亦更加明顯，因由船艏?jí)豪梭w壓浪而產(chǎn)生的興波向船體中、后部擴(kuò)散；而干舷壓浪則對(duì)艏部的上浪限制較弱，允許船艏上浪發(fā)展至船中、前部，且因船艏是內(nèi)傾的，上浪并沒有在艏部被壓出船艏，故其艏部興波較小。

圖4 2種方案下的船體興波和飛濺對(duì)比Fig.4 Comparison between wave-making and spray with two methods

對(duì)比2種方案的船體表面淹濕（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，船艏?jí)豪撕透上蠅豪司芎芎玫乜刂启疾亢透上系难蜐?，但兩者產(chǎn)生的結(jié)果卻明顯不同。在Fn=0.407時(shí)，船艏上浪不明顯，2種方案的作用幾乎相同；當(dāng)Fn=0.815時(shí)，船艏?jí)豪藢?duì)船艏上浪進(jìn)行了抑制，而干舷壓浪則對(duì)船中、后的干舷淹濕進(jìn)行了抑制；當(dāng)Fn=1.222時(shí)，船艏?jí)豪艘呀?jīng)不能有效壓制船中、后的干舷淹濕，而干舷壓浪則在一定程度上放任了船艏上浪，很好地限制了船中的干舷淹濕；當(dāng)Fn=1.630時(shí)，船艏?jí)豪艘呀?jīng)不能有效限制船中、后的干舷淹濕，而干舷壓浪的船艏上浪則不明顯，并能很好地限制船中的干舷淹濕。

圖5 2種方案下的船體表面淹濕對(duì)比Fig.5 Comparison of the wetted hull surface with two methods

自航模試驗(yàn)與拖曳水池試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比也驗(yàn)證了數(shù)值水池試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果。圖6展示了模型高速下的興波和飛濺，其中采用船艏?jí)豪说哪Ｐ褪怯赏宪嚫咚偻闲?，采用干舷壓浪的模型是由大功率無(wú)刷電機(jī)和螺旋槳推進(jìn)。圖6（a）顯示，采用船艏?jí)豪朔桨傅哪Ｐ彤a(chǎn)生的飛濺是由船艏向船艉發(fā)展；圖6（b）顯示，采用干舷壓浪方案的模型產(chǎn)生的飛濺是由船舯向船艉發(fā)展。這與數(shù)值水池試驗(yàn)結(jié)果相符，自航模試驗(yàn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了干舷壓浪的可行性。拖曳水池試驗(yàn)的拖點(diǎn)在船模中部，而自航模試驗(yàn)的推力因?yàn)橛陕菪龢峁?，故艉傾會(huì)更加劇烈，不過此時(shí)干舷壓浪仍能發(fā)揮作用，但艏部壓浪條因船艏的抬升將無(wú)法發(fā)揮作用。

圖6 2種方案在高速下的興波及模型試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Wave-making，spray and results of model test at high speed with two methods

3 阻力及船體運(yùn)動(dòng)

在利用動(dòng)網(wǎng)格獲取航行運(yùn)動(dòng)的前提下，對(duì)船艏?jí)豪撕透上蠅豪诉M(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)阻力、縱傾（艉傾為正）和升沉（向上為正）的結(jié)果做了無(wú)因次化處理。

在船體阻力方面，2種壓浪方式的差別主要體現(xiàn)在中、高速段，如圖7（a）所示。在低速段，由于船體上浪不明顯，因此2種壓浪方式幾乎沒有差別。在中速段，和干舷壓浪相比船艏?jí)豪说男Ч院?，這是由干舷壓浪和舷側(cè)淹濕的位置相互作用的結(jié)果。在高速段，干舷壓浪的減阻效果較船艏?jí)豪擞袃?yōu)勢(shì)。總體上來(lái)說，由壓浪方式的不同而引起的航行阻力差異在本文所計(jì)算的速度范圍內(nèi)并不明顯，若航速繼續(xù)提高，則干舷壓浪方案或能表現(xiàn)出更大的快速性優(yōu)勢(shì)。

如圖7（b）和圖7（c）所示，2種壓浪方式對(duì)船體在靜水中的航行運(yùn)動(dòng)的改變不同。在最低速度點(diǎn)，水動(dòng)力不明顯，此時(shí)2種方案的航行運(yùn)動(dòng)幾乎相同。但隨著航速的升高，2種方案產(chǎn)生的水動(dòng)力和水動(dòng)力作用點(diǎn)也在變化，因而其航行運(yùn)動(dòng)也有所不同。當(dāng)Fn＜1.4時(shí)，干舷壓浪的重心下沉量要大于船艏?jí)豪?，而?dāng)Fn＞1.4時(shí)，干舷壓浪的重心抬升明顯，該現(xiàn)象是由壓浪式干舷產(chǎn)生的動(dòng)升力所導(dǎo)致。在低速段，2種方式產(chǎn)生的艉傾相差較??；在中速段，船艏?jí)豪水a(chǎn)生的艉傾角較大；在高速段，干舷壓浪產(chǎn)生的艉傾角較大，分析認(rèn)為，該差別是由壓浪式干舷產(chǎn)生的動(dòng)升力所導(dǎo)致。對(duì)比2種方案在升沉和艉傾上的變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，這2種方案在升沉和艉傾隨Fn變化的趨勢(shì)上是一致的，應(yīng)該是由主船體的水動(dòng)力特性決定的。由以上可見，除壓浪作用外，干舷壓浪還可以產(chǎn)生額外的動(dòng)升力，通過改變干舷壓浪在縱向的曲率變化可以改變船體的航行運(yùn)動(dòng)。若通過控制算法實(shí)現(xiàn)干舷壓浪的分段自控，則可根據(jù)所需的航行運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整其縱向曲率。

圖7 2種方案下的阻力和運(yùn)動(dòng)對(duì)比Fig.7 Comparison of hull drag and motion with two methods

此外，當(dāng)Fn=1.630時(shí)，采用干舷壓浪設(shè)計(jì)的船體阻力要小于采用船艏?jí)豪嗽O(shè)計(jì)的阻力，這是由于船體發(fā)生了較大的抬升和縱傾所致。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)船體濕表面積減小了，這也是其阻力降低的直接原因。通過分析速度節(jié)點(diǎn)Fn=1.630下的2種壓浪方式的船體阻力成分可知：船艏?jí)豪讼拢瑔挝恢亓康膲鹤枇?.123，單位重量的粘性阻力為0.229；干舷壓浪下，單位重量的壓阻力為0.122，單位重量的粘性阻力為0.214。由此可見，干舷壓浪方案下的船體阻力下降是由摩擦力減小所導(dǎo)致。

4 初穩(wěn)性及儲(chǔ)備浮力

由于干舷壓浪設(shè)計(jì)增加了水線以上船體的寬度，所以在一定吃水范圍內(nèi)其初穩(wěn)性會(huì)有所增加，但隨著船體寬度的向上收縮，其初穩(wěn)性半徑也將隨著水線面的減小和排水體積的增加而減小。該結(jié)論已得到穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證，如圖8所示。由圖8可見，由于水線以下的形狀相同，2個(gè)模型在設(shè)計(jì)水線處及水線以下的初穩(wěn)性半徑相同。但越過設(shè)計(jì)水線以后，采用干舷壓浪方案快艇的穩(wěn)性半徑明顯大于采用船艏?jí)豪思夹g(shù)快艇的穩(wěn)性半徑，這對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的船型來(lái)說非常有益。由圖9可見，采用干舷壓浪方案快艇的儲(chǔ)備浮力要大于采用船艏?jí)豪舜胧┛焱У膬?chǔ)備浮力，這就意味著采用干舷壓浪方案的快艇具有一定的載重和安全性優(yōu)勢(shì)。

5 高速下的橫傾回復(fù)力矩

圖10對(duì)比了采用2種壓浪方案的模型在Fn=1.630時(shí)的橫傾回復(fù)力矩。當(dāng)模型高速航行時(shí)，干舷壓浪方案在不同橫傾角下產(chǎn)生的橫傾回復(fù)力矩均大于船艏?jí)豪朔桨府a(chǎn)生的回復(fù)力矩，增額在53%～55%之間。更大的回復(fù)力矩則意味著高速轉(zhuǎn)彎時(shí)船體橫傾角更小。增加橫傾回復(fù)力矩對(duì)提高快艇，尤其是一些細(xì)長(zhǎng)快艇的機(jī)動(dòng)性和安全性無(wú)疑是有利的。因此，干舷壓浪設(shè)計(jì)在提高快艇動(dòng)穩(wěn)性和安全性方面明顯優(yōu)于船艏?jí)豪嗽O(shè)計(jì)。但較大的橫傾回復(fù)力矩不是通過較大的儲(chǔ)備浮力獲得，而是由干舷壓浪產(chǎn)生的水動(dòng)力提供。對(duì)比2種方案在高速、存在橫傾時(shí)的興波和船體淹濕可以發(fā)現(xiàn)，干舷壓浪設(shè)計(jì)對(duì)控制橫傾時(shí)的船體淹濕幫助很大。由圖11可見，當(dāng)橫傾角為15°時(shí)，船艏?jí)豪嗽O(shè)計(jì)模型的船中、后部淹濕幾乎接近于甲板邊線，而干舷壓浪設(shè)計(jì)模型則將淹濕很好地控制在了干舷折角線以下。圖12顯示了自航模在高速回轉(zhuǎn)時(shí)的船體橫傾運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，自航模能夠迅速由橫傾轉(zhuǎn)為正浮狀態(tài)。

圖8 2種方案下的初穩(wěn)性對(duì)比Fig.8 Comparison of initial stability with two methods

圖9 2種方案下的儲(chǔ)備浮力對(duì)比Fig.9 Comparison of reserve buoyancy with two methods

圖10 2種方案在高速下的橫傾回復(fù)力矩對(duì)比（Fn=1.630）Fig.10 Comparison of hull restoring moment of heel at high speed with two methods（Fn=1.630）

圖11 2種方案下船體興波和淹濕對(duì)比（橫傾15°）Fig.11 Comparison between wave-making，spray and hull wetness with two methods（heel angle is 15°）

圖12 自航模高速轉(zhuǎn)彎Fig.12 A free-running model turning at high speed

6 結(jié)語(yǔ)

通過研究發(fā)現(xiàn)，船艏?jí)豪撕透上蠅豪司煽刂拼己透上系难蜐?，但這2種方式也表現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)和效果。

船艏?jí)豪藢?duì)艏部上浪和淹濕的控制效果顯著，但隨著速度的不斷提高，楔形壓浪體在船艏末端終止后，水流會(huì)沖出壓浪體而淹濕干舷。干舷壓浪設(shè)計(jì)則可以在船長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)干舷淹濕和上浪進(jìn)行控制，尤其是當(dāng)船體存在較大艉傾角時(shí)，艏部上浪將不明顯，此時(shí)干舷壓浪將起最主要的作用。

總體來(lái)說，由壓浪方式的不同而引起的航行阻力差異在本文所計(jì)算的速度范圍內(nèi)并不明顯，若航速繼續(xù)提高，干舷壓浪方案或能表現(xiàn)出更大的快速性優(yōu)勢(shì)。2種壓浪方式對(duì)船體在靜水中運(yùn)動(dòng)的影響不同，但分別采用2種方案的模型在升沉和艉傾角隨Fn變化的趨勢(shì)上是一致的。

同船艏?jí)豪讼啾?，干舷壓浪設(shè)計(jì)可以在不改變水線以下船體的基礎(chǔ)上增加艙容和儲(chǔ)備浮力，進(jìn)而提高細(xì)長(zhǎng)快艇的穩(wěn)性與安全性。

采用干舷壓浪設(shè)計(jì)的快艇在高速下產(chǎn)生的橫傾回復(fù)力矩大于采用船艏?jí)豪嗽O(shè)計(jì)的快艇，這對(duì)提高快艇，尤其是一些細(xì)長(zhǎng)快艇的機(jī)動(dòng)性和安全性有利。

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Effect of bow spray strips and Ω-type freeboard on high-speed boats

WEI Chengzhu1，2，LI Yinghui1，YI Hong2

1 State Key Laboratory of Ocean Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China

2 Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration，Shanghai 200240，China

A high-speed boat may encounter severe wave-making at the bow and become wetter at high speed.Some measures can be taken to overcome these disadvantages.In order to compare the effect of bow spray strips and Ω-type freeboards on a high-speed boat,hull wetness,resistance,hull motion,stability and the restoring moment of the heel at high speed of models with these two kinds of auxiliaries were calculated and measured.CFD methods and model tests were adopted.Both of these two auxiliaries can reduce hull wetness,and the model with a Ω-type freeboard has a better initial stability and larger restoring moment of the heel at high speed.A free running model test also indicates that the Ω-type freeboard has a fine performance.

high-speed boat；Ω-type freeboard；hull wetness；stability；restoring moment of heel；numerical tank test

U661.3

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.003

2016-07-14

2016-12-28 16:03

上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題（GKZD010061）

魏成柱，男，1987年生，博士生。研究方向：新型船舶開發(fā)與數(shù)值仿真計(jì)算，智能水面無(wú)人平臺(tái)研發(fā)。E-mail：weichengzhu@sjtu.edu.cn李英輝，男，1973年生，博士，講師。研究方向：新型船舶開發(fā)和數(shù)值計(jì)算易宏（通信作者），男，1962生，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：潛水器與特種船舶開發(fā)，海上裝置與系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可靠性與人因工程。E-mail：yihong@sjtu.edu.cn

http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20161228.1603.036.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

魏成柱，李英輝，易宏.船艏及干舷壓浪在高速艇上的應(yīng)用對(duì)比［J］.中國(guó)艦船研究，2017，12（1）：14-20. WEI C Z，LI Y H，YI H.Effect of bow spray strips and Ω-type freeboard on high-speed boats［J］.Chinese Jour?nal of Ship Research，2017，12（1）：14-20.