高速復合型水翼船運動特性仿真研究

趙雄飛，楊理華

（1.哈爾濱703所 軍事代表室，黑龍江 哈爾濱 150001；2.海軍工程大學 船舶工程與動力學院，湖北武漢 430033）

0 引言

近年來，隨著人類對海上資源的開發需求，水面艦船的綜合性能受到廣泛關注。傳統排水艦船已無法滿足多性能的要求，集多種船型優勢于一體的高性能多體船便應運而生［1］。高性能多體船主要包括雙體水翼船和三體水翼船［2］。Calkins［3］最先提出三體水翼船概念，研究表明該船型比傳統三體船及水翼船具有更好的快速性和耐波性。任俊生等人［4］研究了雙體水翼船在首浪和尾浪條件下的運動，但未考慮船體阻力及推力的影響。羊少剛等人［5］研究了基于勢流理論的水翼船運動，但沒有分析船體運動姿態。本文以改裝的三體水翼船TR3800［6］為例，分析船體受力并建立其垂直面非線性數學模型，利用MATLAB研究單操水翼對船體運動姿態的影響。

1 三體水翼船受力分析

本文取O－xyz為大地坐標系，O0－XYZ為船上附體坐標系，加裝首、中、尾水翼系統的船體縱向剖面受力示意圖如圖1所示。

圖1 船體縱向剖面受力示意圖

1.1 水翼受力分析

作用于水翼上的流體動力主要有升力L、阻力D及慣性力Fa，具體計算如下：

其中：CL為升力系數；ρ為水的密度；S為水翼的平面面積；v為航行速度；Cdo為黏性阻力系數；Cdi為誘導阻力系數；c為水翼弦長；b為水翼展長；z··為船體在Oz方向的加速度，u為O0X 方向上的速度；θ··和θ·分別為船體縱傾的角加速度和角速度；Xa為水翼翼展中心處在附體坐標系中的橫坐標。

1.2 船體摩擦阻力的計算

船舶航行時的摩擦阻力為：