無人雙體船的型線優(yōu)化設計研究

肖磊

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

關鍵詞：雙體船;優(yōu)化;型線

中圖分類號：U661.4? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0110-02

1 引言

隨著遠程遙控手段以及相關設備的發(fā)展，無人設備與系統(tǒng)的市場需求日益龐大，其中在水質檢測領域對無人檢測船提出了新的需求。無人水質檢測船比傳統(tǒng)的人工水質采樣、監(jiān)控無論是在時效性還是在作用領域上均具有較大優(yōu)勢。本文對某型無人雙體船的型線進行優(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)實際需求，本文研究的無人雙體船要求需要很好的設備擴展性，能搭載市面上常見的不同尺寸的監(jiān)測設備，對航速、結構、功能等都要體現(xiàn)先進性，獨特性。船型的具體要求如表1所示。

考慮到對船型的具體需求，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，船體型線設計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

經(jīng)過計算對比發(fā)現(xiàn)，通過改變片體間距能有效地改變船體的水動力性能。采用智能優(yōu)化算法，結合成熟的商業(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，優(yōu)化改進的船型可在滿載的情況下滿足10節(jié)的設計航速，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，對優(yōu)化船型進行計算流體力學的數(shù)值仿真，計算其阻力性能，其波形圖和船體壓力分布圖如圖2和圖3所示。經(jīng)過計算，該船型在設計航速裸船體的總阻力為390N，尾傾角3度。

4 船型布置設計

考慮到無人檢測艇要實現(xiàn)測深與水質采樣等功能，必須要搭載包括多波束測量儀（表3）在內(nèi)的檢測設備。由于多波束測量儀對布放有著嚴格的要求，同時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)驗布置一對水翼。為了驗證其阻力情況，需要考慮帶水翼和多波束測量儀情況下的雙體船水動力性能。

結合設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。

通過計算結果可知，加裝水翼有助于總阻力的減小，并且減阻效果明顯。該船型在設計航速帶附體的總阻力為450N。滿足設計要求。

5 結論

無人水質檢測船比傳統(tǒng)的人工水質采樣、監(jiān)控具有先天的優(yōu)勢，但是其布置的設備眾多，使用要求較高。這也導致該類船型布置復雜，同時航速要求高。該類船型的設計難度較大。

未來對該類船型的研究應進一步增加船體結構重量的約束，在考慮船型阻力性能的同時，兼顧結構重量。同時，未來也需要開發(fā)出適用于此類用途的專用船型。

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