基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，S1、研究艉压浪板的设计参数，对设计参数进行显著性分析，选取设计参数的设计空间，利用正交设计方法，对压浪板两项设计参数利用正交表进行多参数组合，相应进行压浪板方案设计；S2、利用CFD仿真方法，对压浪板多方案进行阻力仿真，总结压浪板的减阻机理，归纳压浪板设计参数组合的减阻率变化规律，结合工程限制条件，指导设计参数选取方向；S3、开展船模阻力试验和自航试验，综合减阻、节能效果，优化出最佳的压浪板设计方案。本发明专利技术可得出压浪板各设计参数对船舶阻力、自航的指导性的影响规律，并结合工程实际，评估了压浪板应用于工程需考虑的因素，有利于推进该方法向工程应用转移。向工程应用转移。向工程应用转移。

【技术实现步骤摘要】
基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法


[0001]本专利技术属于船舶节能减阻
，具体涉及一种中高速船舶艉压浪板工程设计方法。

技术介绍

[0002]快速性是船舶总体性能中非常重要的性能之一。对于民船而言，快速性影响着民船的经济性与使用价值；对于军事舰艇，快速性是评价其作战能力的重要指标。提高船舶快速性可以从减小船舶的阻力与提高船舶的推进效率两种途径来考虑。对于固定船型的船舶，由于使用过程中可能产生污底而阻力不断增大，引起主机功率的增大，有需求在主船体船型不变的的基础上，设计节能减阻装置，改善船舶尾部流场减小阻力，以满足原快速性设计指标。随着高性能船舶的快速发展，压浪板、阻流板等结构简单又能快速提高船舶阻力性能以及纵倾稳性的尾部附体的应用越来越广泛。
[0003]现有的压浪板设计方法有均匀设计、单一参数设计等，其中单一参数设计同时只考虑某一设计参数变化，得出的设计规律通用性较差；均匀设计方法适合于设计参数多的设计场合，对于如压浪板的3个典型设计参数，运用正交设计方法，精度会优于均匀设计，另外均匀设计，不满足正交条件，设计结果没有整齐可比性，结果处理多采用回归分析，相应增加了工作量。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，该方法运用正交设计，可以大大提升精度，并且可以直观得到压浪板各设计参数对阻力、自航性能的定量分析规律，相应得出影响的主效应和次效应、交互效应，可为压浪板设计提供清晰的指导方向。
[0005]本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
[0006]一种基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1、研究艉压浪板的设计参数，对设计参数进行显著性分析，选取设计参数的设计空间，利用正交设计方法，对影响艉压浪板水动力性能最大的两项设计参数利用正交表进行多参数组合，相应进行压浪板方案设计；
[0008]S2、利用CFD仿真方法，对压浪板多方案进行阻力仿真，总结压浪板的减阻机理，归纳压浪板设计参数组合的减阻率变化规律，结合工程限制条件，指导设计参数选取方向；
[0009]S3、开展船模阻力试验和自航试验，综合减阻、节能效果，优化出最佳的压浪板设计方案。
[0010]上述方案中，步骤S1中，所述设计参数包括压浪板下反角、压浪板长度、压浪板宽度；所述对设计参数进行显著性分析，具体方法为：通过研究国内外尾压浪板的实船应用资料，对所述设计参数影响艉压浪板水动力性能的重要性进行排序；影响艉压浪板水动力性能重要性的排序为：压浪板下反角>压浪板长度>压浪板宽度。
[0011]上述方案中，步骤S1中，所述选取设计参数的设计空间，具体方法为：
[0012]由于压浪板宽度对水动力性能影响最小，因此首先固定压浪板宽度，对压浪板长度和下反角开展正交设计，结合方艉排水型船型特征和设计需要，参考美国驱护舰实船应用的压浪板参数范围并进行适当地扩大，选取压浪板长度的设计空间为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％设计水线长，压浪板下反角的设计空间为4度、7度、10度、13度，共计16种方案开展设计。
[0013]上述方案中，步骤S2具体包括以下步骤：
[0014]S2.1、减阻效果评估：针对每个方案建立三维模型，利用CFD仿真方法开展各方案在巡航和高速下的流场仿真，对阻力、流线、压力分布特征进行分析，总结得出压浪板的减阻机理，计算各方案的减阻率，归纳压浪板设计参数组合的减阻率变化规律，权衡全航速段减阻效果，初步选取压浪板长度和下反角；
[0015]S2.2、设计因素综合评估：综合考虑减阻效果、纵倾浮态、结构重量、结构强度、艉部水下拖体收放的影响，必要时对初步选取压浪板长度和下反角进行调整，选取更适于工程实用的压浪板长度和下反角最优组合；
[0016]S2.3、选取压浪板长度、下反角最优组合后，仍参考美国驱护舰实船应用的压浪板参数范围，选取压浪板宽度的设计空间为设计水线与尾封板交线宽度B、90％B、70％B，仍然通过CFD仿真方法评估减阻效果，得出结论减阻效果随压浪板宽度的变化规律，选取减阻效果最优时的宽度作为压浪板宽度。
[0017]上述方案中，所述减阻率定义为：
[0018]η＝(R
光体
‑
R
光体+压浪板
)/R
光体
[0019]其中，η表示压浪板减阻率，R
光体
表示主船体阻力，R
光体+压浪板
表示主船体加装压浪板后阻力。
[0020]上述方案中，步骤S3的具体方法为：
[0021]在数值评估减阻效果的基础上，开展船模加装压浪板后阻力、自航试验验证，由于需考虑开展模型试验的规模和成本，且压浪板下反角对水动力性能影响最大，因此针对下反角参数开展多角度方案试验验证，压浪板长度、宽度采用步骤S2中的推荐值，综合减阻、节能效果，确定最优的下反角参数。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术基于中高速方艉船舶，提出了一种结构简单、节能效果较优的压浪板设计方法，通过设计参数的显著性分析，开展多参数组合的正交设计，依托CFD数值计算方法和试验手段，可得出压浪板各设计参数对船舶阻力、自航的指导性的影响规律，并结合工程实际，评估了压浪板应用于工程需考虑的因素(节能减阻、结构强度、艉部水下拖体等方面)，有利于推进该方法向工程应用转移。应用效果可以在主船体型线和主机功率配置不变的基础上，对原有船舶进行压浪板设计进行加装，可较大幅度地改善高速段的阻力性能和推进效率，并改善艉部流场和船体纵倾姿态。
[0024]本方法应用正交设计方法，对应的设计方案具有均衡分散和整齐可比的特点，设计结果同时经过仿真和试验手段的评估，可直观得出压浪板的典型设计参数对船舶阻力、自航性能的定量分析规律，该规律为中高速方艉船舶的压浪板设计提供了有效的指导方向。
附图说明
[0025]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0026]图1是压浪板长度、下反角示意图；
[0027]图2是压浪板宽度示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例中无压浪板方案下的艉部兴波示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例中有压浪板方案下的艉部兴波示意图；
[0030]图5是本专利技术实施例中高速段不同压浪板方案减阻率的数值结果；
[0031]图6是本专利技术实施例中巡航段不同压浪板方案减阻率的数值结果；
[0032]图7是本专利技术实施例中高速段压浪板不同宽度参数下减阻率的数值结果；
[0033]图8是本专利技术实施例中有压浪板方案与无压浪板方案有效功率之比(阻力模型试验结果)；
[0034]图9是本专利技术实施例中有压浪板方案与无压浪板方案收到功率之比(自航模型试验结果)。
具体实施方式
[0035]为了对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、研究艉压浪板的设计参数，对设计参数进行显著性分析，选取设计参数的设计空间，利用正交设计方法，对影响艉压浪板水动力性能最大的两项设计参数利用正交表进行多参数组合，相应进行压浪板方案设计；S2、利用CFD仿真方法，对压浪板多方案进行阻力仿真，总结压浪板的减阻机理，归纳压浪板设计参数组合的减阻率变化规律，结合工程限制条件，指导设计参数选取方向；S3、开展船模阻力试验和自航试验，综合减阻、节能效果，优化出最佳的压浪板设计方案。2.根据权利要求1所述的基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述设计参数包括压浪板下反角、压浪板长度、压浪板宽度；所述对设计参数进行显著性分析，具体方法为：通过研究国内外尾压浪板的实船应用资料，对所述设计参数影响艉压浪板水动力性能的重要性进行排序；影响艉压浪板水动力性能重要性的排序为：压浪板下反角>压浪板长度>压浪板宽度。3.根据权利要求2所述的基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述选取设计参数的设计空间，具体方法为：由于压浪板宽度对水动力性能影响最小，因此首先固定压浪板宽度，对压浪板长度和下反角开展正交设计，结合方艉排水型船型特征和设计需要，参考实船应用的压浪板参数范围并进行适当地扩大，选取压浪板长度的设计空间为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％设计水线长，压浪板下反角的设计空间为4度、7度、10度、13度，共计16种方案开展设计。4.根据权利要求3所述的基于节能减阻的中高速船舶压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S2具体包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，陈思，解学参，胡玉龙，黄金森，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：