無人雙體船的型線優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

肖磊

摘 要：無人水質(zhì)檢測艇的適用范圍廣，使用成本低廉，越來越受到相關(guān)使用部門的歡迎。本文在分析用戶使用要求的基礎(chǔ)上，提出了雙體船線形用于搭載相關(guān)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能要求的目的。基于優(yōu)化理論和數(shù)值仿真技術(shù)，本文完成了裸船體的線形阻力性能優(yōu)化，同時(shí)對(duì)帶附體的阻力性能進(jìn)行了校核，得到了滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)良船型。

關(guān)鍵詞：雙體船;優(yōu)化;型線

中圖分類號(hào)：U661.4? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）10-0110-02

1 引言

隨著遠(yuǎn)程遙控手段以及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，無人設(shè)備與系統(tǒng)的市場需求日益龐大，其中在水質(zhì)檢測領(lǐng)域?qū)o人檢測船提出了新的需求。無人水質(zhì)檢測船比傳統(tǒng)的人工水質(zhì)采樣、監(jiān)控?zé)o論是在時(shí)效性還是在作用領(lǐng)域上均具有較大優(yōu)勢。本文對(duì)某型無人雙體船的型線進(jìn)行優(yōu)化研究，在滿足總布置的要求下得出了較優(yōu)船型。

2 船型的要求

根據(jù)實(shí)際需求，本文研究的無人雙體船要求需要很好的設(shè)備擴(kuò)展性，能搭載市面上常見的不同尺寸的監(jiān)測設(shè)備，對(duì)航速、結(jié)構(gòu)、功能等都要體現(xiàn)先進(jìn)性，獨(dú)特性。船型的具體要求如表1所示。

考慮到對(duì)船型的具體需求，該船型的船長傅汝德數(shù)Fr=1.1～1.2，排水體積傅汝德數(shù)Fr?>2.0。查閱資料顯示，船體型線設(shè)計(jì)為折角型有利于阻力性能，因此本雙體船型的母型船采用帶折角的片體型式。

3 船型優(yōu)化改進(jìn)

經(jīng)過計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn)，通過改變片體間距能有效地改變船體的水動(dòng)力性能。采用智能優(yōu)化算法，結(jié)合成熟的商業(yè)軟件，完成了該船型的阻力性能優(yōu)化。經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)，優(yōu)化改進(jìn)的船型可在滿載的情況下滿足10節(jié)的設(shè)計(jì)航速，船型主尺度如表2所示，型線如圖1所示。

為了校核優(yōu)化船型的性能，對(duì)優(yōu)化船型進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值仿真，計(jì)算其阻力性能，其波形圖和船體壓力分布圖如圖2和圖3所示。經(jīng)過計(jì)算，該船型在設(shè)計(jì)航速裸船體的總阻力為390N，尾傾角3度。

4 船型布置設(shè)計(jì)

考慮到無人檢測艇要實(shí)現(xiàn)測深與水質(zhì)采樣等功能，必須要搭載包括多波束測量儀（表3）在內(nèi)的檢測設(shè)備。由于多波束測量儀對(duì)布放有著嚴(yán)格的要求，同時(shí)其體積和重量又比較大，因此只能布置在連接橋的下方。為了減少該部分的阻力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)布置一對(duì)水翼。為了驗(yàn)證其阻力情況，需要考慮帶水翼和多波束測量儀情況下的雙體船水動(dòng)力性能。

結(jié)合設(shè)備尺寸以及船體尺寸，附體的具體位置以及帶附體的波形圖及壓力分布圖如圖4和圖5所示。

通過計(jì)算結(jié)果可知，加裝水翼有助于總阻力的減小，并且減阻效果明顯。該船型在設(shè)計(jì)航速帶附體的總阻力為450N。滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

無人水質(zhì)檢測船比傳統(tǒng)的人工水質(zhì)采樣、監(jiān)控具有先天的優(yōu)勢，但是其布置的設(shè)備眾多，使用要求較高。這也導(dǎo)致該類船型布置復(fù)雜，同時(shí)航速要求高。該類船型的設(shè)計(jì)難度較大。

未來對(duì)該類船型的研究應(yīng)進(jìn)一步增加船體結(jié)構(gòu)重量的約束，在考慮船型阻力性能的同時(shí)，兼顧結(jié)構(gòu)重量。同時(shí)，未來也需要開發(fā)出適用于此類用途的專用船型。

參考文獻(xiàn)：

[1]方靜，黃晶.基于CFD的超小型雙體無人船總體設(shè)計(jì)[J].船舶工程，2018，40（5）：1-4.

[2]楊顯原，吳家鳴，李林華.基于最小阻力的雙體無人船優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018， 40（8）：27-32.

[3]宋國華.雙體船的總體性能設(shè)計(jì)[J].船舶，1998， 1：32-45.

[4]陳軍，盧曉平.用線性興波阻力理論計(jì)算穿浪雙體船的興波阻力[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2002， 14（3）：53-58.

[5]馬健，張?jiān)俜颍罨菝?穿浪雙體船剩余阻力影響因素分析及總阻力預(yù)報(bào)方法[J].船舶力學(xué)，2011， 15：32-39.