低内倾干舷单体复合船型模型试验研究

孙树政，赵晓东，李积德，缪泉明

低内倾干舷单体复合船型模型试验研究

孙树政1，2，赵晓东1，李积德1，缪泉明2

（1哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001；2中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）

文章所研究的船型是以某圆舭船型为母型，采用低内倾干舷和后倾穿浪艏设计，应用减纵向运动组合附体技术生成的新型单体复合船型。文中对该新型单体复合船型开展了水池模型试验研究，试验内容包括静水阻力试验、规则波及不规则波耐波性试验，并与圆舭原船型和常规单体复合船型模型试验结果进行比较。模型试验结果表明新船型比圆舭原船静水阻力性能得到提升，高速36 kns时减阻3%以上，耐波性较圆舭原船得到大幅提升，30 kns平均减纵摇达50%，综合航行性能得到大幅提升，且优于常规单体复合船型。

单体复合船型；低干舷；阻力；耐波性；模型试验

1 引言

为应对未来信息化海战及海军编队作战需求，舰船环境适应性得到各海军强国的普遍重视，其中尤以美国的DDX船型为代表。该船型突出的性能和技术特点是优良的隐身功能，一体化上层建筑，且采用了倒V形隐身船型，其雷达反射信号仅为现役驱逐舰的1/64，采用电力推进，其噪声将比现役舰船小得多。研究表明单体复合船型在保持快速性与常规圆舭船型相当的前提下耐波性得到大幅提升[1-4]。本文参考该船型隐身构型设计，应用减纵摇组合附体技术，开发了新型单体复合船型，研究表明其快速性与耐波性均优于常规船型。

本文以某四千吨级圆舭船型为原型，保持排水量基本不变，水线以上线型采用低内倾干舷设计，艏部线型采用后倾穿浪艏设计，艏部加装减纵摇组合附体，生成新型四千吨级单体复合船型。见图1所示为圆舭船型S0常规单体复合船型V1及新型单体复合船型NH1横剖面图。组合附体由半潜体和艏鳍组成，半潜体选用NACA-00翼型，采用上下对称型式，艏鳍选用ЦАГИ翼型，组合附体见图2所示。各船型模型主尺度、半潜体及艏鳍参数见表1～3所示，模型艏鳍安装位置是：艏缘位于半潜体最大剖面处向船艏方向15 mm处。本文对加装半潜体复合船型NH1及加装组合附体（半潜体和艏鳍）复合船型NH11开展了水池模型试验研究，试验内容包括静水阻力试验、规则波及不规则波试验，模型的缩尺比为1：40，模型材料为玻璃钢。并将试验结果与圆舭原船型S0和常规单体复合船型V11模型试验结果进行了比较。

图1 S0、V1及NH1横剖面图Fig.1 Body sections of S0,V1 and NH1

图2 组合附体示意图Fig.2 Sketch of built-up appendage

表1 试验模型主要参数Tab.1 Parameters of models

表2 半潜体尺寸Tab.2 Dimension of SSB

表3 鳍的尺度Tab.3 Dimension of fin

2 静水阻力试验

对圆舭船型S0、加装半潜体复合船型NH1、加装组合附体复合船型NH11开展了水池模型静水阻力试验，测试内容有模型阻力、模型升沉值及模型纵倾值。下面给出加装半潜体单体复合船型NH1及加装组合附体全隐身单体复合船型NH11与同吨级圆舭原船型S0、常规单体复合船型V11模型静水阻力值、模型升沉值及模型纵倾值试验结果，见图3～5所示。

图3 各船型模型静水阻力结果Fig.3 Model resistance of the ships

从模型静水阻力试验结果可见，常规单体复合船型静水阻力较圆舭船型略有增加，而新型单体复合船型静水阻力性能优于圆舭原船型，其中加装半潜体新型复合船型NH1与圆舭船型S0相比，18 kns减阻3%，24 kns减阻1.5%，30 kns减阻2.83%，36 kns减阻5.16%；加装组合附体船型NH11由于湿表面积增加，静水阻力较NH1船型略有增加，与圆舭船型S0相比，18 kns阻力减小3.37%，24 kns航速阻力增加0.86%，30 kns阻力减小1.37%，36 kns阻力减幅为3.58%。由模型纵倾及升沉曲线可见，两复合船型方案随着航速的增加航行姿态与圆舭船型相比产生较大变化，降低了兴波阻力，从而静水阻力性能较圆舭船型得到改善。

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

图5 各船型模型纵倾值Fig.5 Model surge of the ships

3 规则波试验

对加装半潜体全隐身单体复合船型NH1及加装组合附体全隐身单体复合船型NH11开展了水池模型迎浪规则波试验，测量内容有：波浪中阻力、纵摇角、升沉、艏部0.5站、舯部10站以及艉部19.5站垂向加速度。为满足线性理论要求，试验波高取50 mm。下面给出各船型在18 kns（Fr=0.26）、30 kns（Fr=0.44）航速下迎浪规则波升沉、纵摇、首部加速度及尾部加速度响应曲线，见图6～7所示，峰值处减摇效果见表4所示。

图6 各船型规则波运动响应（18 kns）Fig.6 Motion response of the ships at 18 kns

图7 各船型规则波运动响应（30 kns）Fig.7 Motion response of the ships at 30 kns

表4 各船型减摇效果表Tab.4 Table of stabilizing effect

由规则波试验结果可见，常规单体复合船型V11耐波性较圆舭原船型得到较大提升，减纵摇达到25%左右；新型单体复合船型纵摇响应与艏加速度响应较圆舭船型得到大幅提升，只加装半潜体船型NH1，18 kns减摇15%，30 kns减摇41%；加装组合附体船型NH11，18 kns平均减摇20%左右，30 kns减摇达50%；升沉响应较圆舭船型没有改善，高频段升沉减小，低频段升沉增加。总体而言，新型单体复合船型耐波性较圆舭原船型得到大幅提升，综合减摇效果优于常规单体复合船型。

4 不规则波试验

开展了加装组合附体全隐身复合船型NH11模型水池不规则波试验，不规则波波谱采用ITTC单参数谱[5]，对应实际海情有义波高H1/3分别取为五级3 m、六级5 m，对应模型试验分别为五级75 mm、六级12.5 mm。下面给出圆舭原船型S0、常规单体复合船型V11及新型单体复合船型NH11不规则波运动有义值统计结果及减摇效果[6-7]，见表5、6所示，艏甲板上浪频率统计结果见表7所示。

表5 五级海况下运动有义值及减摇效果Tab.5 The significant amplitude motion on 5th class wave and the stabilizing effect

表6 六级海况下运动有义值及减摇效果Tab.6 The significant amplitude motion on 6th class wave and the stabilizing effect

表7 甲板上浪频率比较Tab.7 Comparison of green water frequency on deck

由不规则波试验结果可见，常规单体复合船型与新型复合船型NH11较圆舭船型S0耐波性均得到较大提升，NH11纵摇和首部加速度减幅较V11更大，而升沉和艉加速度响应有一定的增加。此外，新型复合船型NH11甲板上浪频率比常规船型大幅降低，且上浪方式与常规船型不同，穿浪现象明显，三种船型甲板上浪情况见图8所示。

图8 各船型不规则波试验艏部甲板上浪情况Fig.8 The green water situation of the models in irregular waves

5 结论

通过水池模型试验研究可以得到以下结论：

（1）常规单体复合船型静水阻力较圆舭原船型略有增加，而新型单体复合船型静水阻力较同吨级圆舭原船型得到改善；

（2）常规单体复合船型与新型单体复合船型较圆舭原船型耐波性均得到较大提升，其中新型复合船型纵摇和艏部加速度响应改善幅度更大，而升沉和艉部加速度响应较差。

（3）在模型试验研究过程中发现，新型单体复合船型砰击、甲板上浪等非线性响应与常规船型有所不同，上浪频率大幅降低，且上浪方式与常规船型不同，穿浪现象明显。

综上所述，研发的新型单体复合船型综合航行性能较圆舭原船型得到大幅提升，且综合性能优于常规单体复合船型。

[1]蔡新功,李积德,王建方,李炜,刘平.中高速船加装减纵摇组合附体模型试验[J].中国造船,2003,44(3):50-57. Cai Xingong,Li Jide,Wang Jianfang,Li Wei,Liu Ping.Experimental study on built-up stabilizing appendage[J].Shipbuilding of China,2003,44(3):50-57.

[2]于艳丽.复合船型模型试验分析[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008. Yu Yanli.Model test analysis of hybrid monohull[D].Harbin:Harbin Engineering University,2008.

[3]张恒.单体复合船型水动力性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008. Zhang Heng.Research on hydrodynamics of hybrid monohull[D].Harbin:Harbin Engineering University,2008.

[4]王许洁,孙树政,赵晓东等.千吨级高耐波性单体复合船型模型试验研究[J].船舶力学,2011,15(4):180-187. Wang Xujie,Sun Shuzheng,Zhao Xiaodong,et al.Research on model test of thousands-tons class high seakeeping performance hybrid monohull[J].Journal of Ship Mechanics,2011,15(4):180-187.

[5]李积德.船舶耐波性[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1992. Li Jide.Seakeeping Performance of Ships[M].Harbin:Harbin Shipbuilding Engineering Institute Press,1992.

[6]李积德,张恒,赵晓东.4千吨级单体深V复合船型模型试验研究[J].船舶力学,2008,12(5):709-715. Li Jide,Zhang Heng,Zhao Xiaodong.Experimental study on 4 000t deep-V hybrid monohull[J].Journal of Ship Mechanics,2008,12(5):709-715.

[7]孙树政.单体深V复合船型构型与水动力性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,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

国家自然基金资助项目（51209054），中央高校基本科研业务费基金项目（HEUCFR1201）

孙树政（1982-），男，哈尔滨工程大学讲师，中国船舶科学研究中心博士后，E-mail：

sunshuzheng@hrbeu.edu.cn；缪泉明（1965-），男，中国船舶科学研究中心研究员。