實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶的總阻力系數(shù)預(yù)報(bào)，特別是涉及一種實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)的方法目前主要有兩種：1.通過制作一定縮尺比的船模通過船 模阻力試驗(yàn)的方法預(yù)報(bào)；2.通過計(jì)算流體力學(xué)（CFD)理論方法預(yù)報(bào)。
[0003] 船模阻力試驗(yàn)是目前獲得實(shí)船阻力性能數(shù)據(jù)最為重要的途徑，船模阻力試驗(yàn)是以 與實(shí)船幾何相似的縮小模型進(jìn)行的試驗(yàn)，通過船模獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要通過相似理論通過換 算得到實(shí)船的阻力性能數(shù)據(jù)。目前主要有兩種換算方法：二因次法和三因次法。
[0004] 盡管船模試驗(yàn)獲得實(shí)船總阻力的方法被證明是目前最為可靠的方法，但是因制作 船模和進(jìn)行船模試驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間以及人力物力。特別在方案設(shè)計(jì)階段，面對(duì)多個(gè) 待優(yōu)選的方案逐個(gè)進(jìn)行船模試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)的。
[0005] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和CFD技術(shù)的發(fā)展，通過CFD技術(shù)預(yù)報(bào)船舶的阻力性能成為可能， 而CFD技術(shù)以其設(shè)計(jì)周期短、成本低和可進(jìn)行大量的方案計(jì)算越來越成為船舶設(shè)計(jì)的一種 常用手段。
[0006] 需要指出的是盡管CFD技術(shù)已經(jīng)得到飛速發(fā)展，但實(shí)船尺度的數(shù)值計(jì)算在現(xiàn)在的 計(jì)算機(jī)硬件和軟件條件下仍然是非常困難且代價(jià)昂貴的，因此CFD分析的仍然是具有一定 縮尺比的船模，其數(shù)值結(jié)果仍需要通過尺度效應(yīng)進(jìn)行實(shí)船換算。實(shí)踐表明，完全通過CFD技 術(shù)預(yù)報(bào)得到結(jié)果與實(shí)際仍然存在較大差距，因此真正完全采用CFD來預(yù)報(bào)阻力性能還需要 很長的路要走，但其在方案優(yōu)選方面已經(jīng)獲得廣泛認(rèn)可。
[0007] 因此，需要一種既有船模試驗(yàn)可靠性又有CFD技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的實(shí)船總阻力方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種既有船模試驗(yàn)可靠性 又有CFD技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，所述實(shí) 船總阻力預(yù)報(bào)方法基于：母船和待測實(shí)船的傅汝德數(shù)相等，形狀因子l+k相等，且母船和待 測實(shí)船的幾何類似，兩船幾何類似是指同時(shí)滿足以下條件：兩船的長寬比L W1/B差值小于1， 兩船的寬度吃水比B/T差值小于2,兩船的方形系數(shù)Cb差值小于0. 05 ;其中母船已經(jīng)進(jìn)行 了船模試驗(yàn)，并且計(jì)算出母船自身的總阻力系數(shù)Ct_ml;則設(shè)定待測實(shí)船與母船間滿足：通過 CFD計(jì)算得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比與通過船模試驗(yàn)得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比相 等，由此來計(jì)算待測實(shí)船的總阻力系數(shù)；待測實(shí)船的總阻力系數(shù)通過以下公式表示：
[0010] ct_s2 = C-^ X Ct_mi + (1 + 1) (γ,_52 - ^t-CFDi
[0011] 其中，Ct_ml為母船的總阻力系數(shù)；
[0012] Cf_s2為通過平板公式計(jì)算得出待測實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)；
[0013] Cf_m2為通過平板公式計(jì)算得出船模的摩擦阻力系數(shù)；
[0014] Ct_CTD2為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到待測實(shí)船的總阻力系數(shù)；
[0015] Ct__為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到母船的總阻力系數(shù)。
[0016] 優(yōu)選的，在計(jì)算待測實(shí)船總阻力系數(shù)之前先通過實(shí)際測量獲得母船和待測實(shí)船的 以下參數(shù)值：長寬比LW1/B、寬度吃水比B/T、方形系數(shù)Cb。
[0017] 優(yōu)選的，在船模試驗(yàn)中通過三因次法計(jì)算出母船自身的總阻力系數(shù)。
[0018] 如上所述，本發(fā)明的實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，具有以下有益效果：結(jié)合了船模試驗(yàn)和 CFD技術(shù)，充分利用兩種方法的優(yōu)點(diǎn)獲得了一種即經(jīng)濟(jì)又可行的實(shí)船阻力預(yù)報(bào)方法。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明 書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0020] 下面先具體將【背景技術(shù)】中提到的二因次法和三因次法具體介紹一下。
[0021] 二因次法又稱傅汝德?lián)Q算法，傅汝德法假定船體的總阻力Rt由只與雷諾數(shù)有關(guān)的 摩擦阻力R f和只與傅汝德數(shù)有關(guān)的剩余阻力Rr組成。即：Rt= Rf+Rr (1)
[0022] 如果過式（1)兩邊除以0. 5 P V2S則得到無量綱表達(dá)式，
[0023] Ct= Cf+Cr (2)
[0024] 對(duì)于船模和實(shí)船假定傅汝德數(shù)相等，因此Crt= C M，分別對(duì)實(shí)船和船模應(yīng)用于式 (2)則：
[0025] 實(shí)船關(guān)系式：Cts= Cfs+Crs (3)
[0026] 船模關(guān)系式：Ctni= CfJCrni (4)
[0027] 根據(jù)式（3)和式⑷將得到實(shí)船總阻力系數(shù)：
[0028] Cts=Cfs+Ctm_Cfm (5)
[0029] 通過式（5)即可換算出實(shí)船的總阻力系數(shù)Cts。
[0030] 三因次法又稱休斯法，該法把總阻力的組成分為三部分：摩擦阻力Rf、粘壓阻力 Rpv和興波阻力Rw。摩擦阻力和粘壓阻力與雷諾數(shù)有關(guān)，且粘壓阻力與摩擦阻力之比是一個(gè) 常數(shù)k ;興波阻力與傅汝德數(shù)有關(guān)。因此，無因次后的總阻力為：
[0031] Ct= (1+k) Cf+Cw (6)
[0032] 對(duì)式（6)分別應(yīng)用到船模和實(shí)船，則得到：
[0033] Cts= Ctm+(1+k) (Cfs-Cfm) (7)
[0034] 式7中，Cts為實(shí)船的總阻力系數(shù)，C tm為船模的總阻力系數(shù)
[0035] 三因次法需要通過船模獲得形狀因子Ι+k和興波阻力系數(shù)，而摩擦阻力系數(shù)由平 板公式計(jì)算獲得。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明，在傅汝德數(shù)相等時(shí)，興波阻力系數(shù)Cw為常數(shù)。
[0036] 本發(fā)明提供一種實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法基于：母船和待測實(shí) 船的傅汝德數(shù)相等，形狀因子Ι+k相等，且母船和待測實(shí)船的幾何類似，兩船幾何類似是指 同時(shí)滿足以下條件：兩船的長寬比L W1/B差值小于1，兩船的寬度吃水比B/T差值小于2,兩 船的方形系數(shù)Cb差值小于0. 05 ;則設(shè)定待測實(shí)船與母船間滿足：通過CFD計(jì)算得到兩實(shí)船 的總阻力系數(shù)之比與通過船模試驗(yàn)得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比相等，即：
[0037] CyCFD2 = (8) L t -CFUi ^ t-mi
[0038] 由此來計(jì)算待測實(shí)船的總阻力系數(shù)。
[0039] 具體計(jì)算步驟為：
[0040] 首先，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或者試驗(yàn)報(bào)告獲取母船和待測實(shí)船的主尺度以及如下參數(shù)：
[0041] 長寬比LW1/B、寬度吃水比B/T、方形系數(shù)Cb ;
[0042] 再次，通過平板公式計(jì)算母船和待測實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)，具體計(jì)算方法為： 0.075 (q\
[剩 ^ = (lg^ _ 2)3
[0044] 其中Rn為相應(yīng)雷諾數(shù)；
[0045] 再次，根據(jù)母船已經(jīng)獲得的船模試驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明通過三因次法來計(jì)算出母船自 身的總阻力系數(shù)C t_ml;
[0046] 然后，通過CFD分別計(jì)算得出母船的CFD總阻力系數(shù)Ct__，以及待測實(shí)船的CFD 總阻力系數(shù)Ct_CFD2;
[0047] 最后，計(jì)算待測實(shí)船的總阻力系數(shù)，由三因次法得知，待測實(shí)船相關(guān)船模試驗(yàn)的計(jì) 算公式為：
[0048] Ct_s2= C t_m2+ (1+k) (Cf_s2_Cf_m2) (10)
[0049] 將式（10)代入式（8)，變化得出待測實(shí)船的總阻力系數(shù)Ct_s2:
[0050] s2 = X U + 幻 K J (11)
[0051] 上述各公式中，Ct_ml為通過船模試驗(yàn)獲得的母船的總阻力系數(shù)；
[0052] Ct_m2為待測實(shí)船假定由船模試驗(yàn)獲得的總阻力系數(shù)；
[0053] Cf_s2為通過平板公式計(jì)算得出待測實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)；
[0054] Cf_m2為通過平板公式計(jì)算得出船模的摩擦阻力系數(shù)；
[0055] Ct_CTD2為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到待測實(shí)船的總阻力系數(shù)；
[0056] Ct__為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到母船的總阻力系數(shù)。
[0057] 本發(fā)明結(jié)合了船模試驗(yàn)和CFD技術(shù)，充分利用兩種方法的優(yōu)點(diǎn)獲得了一種即經(jīng)濟(jì) 又可行的實(shí)船阻力預(yù)報(bào)方法。
[0058] 為說明本發(fā)明的可行性，下面以一條實(shí)船為例作為說明。
[0059] 現(xiàn)有一條2500TEU集裝箱船，進(jìn)行了船模試驗(yàn)，具備模型的相關(guān)阻力數(shù)據(jù)。一條 43000噸散貨船以該集裝箱船船殼為"母船"經(jīng)過變換獲得其船殼，采用本發(fā)明預(yù)報(bào)總阻力 系數(shù)。兩條船的主參數(shù)比較見表1。
[0060]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法基于：母船和待 測實(shí)船的傅汝德數(shù)相等，形狀因子ι+k相等，且母船和待測實(shí)船的幾何類似，兩船幾何類似 是指同時(shí)滿足以下條件：兩船的長寬比L W1/B差值小于1，兩船的寬度吃水比B/T差值小于 2,兩船的方形系數(shù)Cb差值小于0. 05 ;其中母船已經(jīng)進(jìn)行了船模試驗(yàn)，并且計(jì)算出母船自身 的總阻力系數(shù)Ct_ml;則設(shè)定待測實(shí)船與母船間滿足：通過CFD計(jì)算得到兩實(shí)船的總阻力系 數(shù)之比與通過船模試驗(yàn)得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比相等，由此來計(jì)算待測實(shí)船的總阻力 系數(shù)；即待測實(shí)船的總阻力系數(shù)為：
其中，Ct_ml為通過船模試驗(yàn)獲得的母船的總阻力系數(shù)； Cf_s2為通過平板公式計(jì)算得出待測實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)； Cf_m2為通過平板公式計(jì)算得出船模的摩擦阻力系數(shù)； Ct_CFD2為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到待測實(shí)船的總阻力系數(shù)； Ct_CFD1為通過CFD數(shù)值分析計(jì)算得到母船的總阻力系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，其特征在于：在計(jì)算待測實(shí)船總阻力 系數(shù)之前先通過實(shí)際測量獲得母船和待測實(shí)船的以下參數(shù)值：長寬比L W1/B、寬度吃水比B/ T、方形系數(shù)Cb。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，其特征在于：在船模試驗(yàn)中通過三因 次法計(jì)算出母船自身的總阻力系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法，實(shí)船總阻力預(yù)報(bào)方法基于：母船和待測實(shí)船的傅汝德數(shù)相等，形狀因子1+k相等，且母船和待測實(shí)船的幾何類似，則設(shè)定待測實(shí)船與母船間滿足：通過CFD計(jì)算得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比與通過船模試驗(yàn)得到兩實(shí)船的總阻力系數(shù)之比相等，由此來計(jì)算待測實(shí)船的總阻力系數(shù)。本發(fā)明既有船模試驗(yàn)的可靠性又有CFD技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】B63B9-00
【公開號(hào)】CN104875845
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510232616
【發(fā)明人】朱振濤, 孫小江, 雷坤, 劉舒
【申請(qǐng)人】上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日