高速船舶阻流板降阻机理分析

王娉婷

摘要：随着社会经济的发展和科学技术的革新，高速船舶的运行安全是人们研究和关注的重点，通过对高速船舶阻流板降阻机理分析实现船舶运行安全。基于此，本文以高速船舶阻流板降阻机理作为研究对象，通过对高速船舶的阻力特性进行分析，分别从船舶CFD技术和二维阻流板降阻机理等方面详细阐述高速船舶阻流板降阻机理，从而在一定程度上减小船舶的阻力，提高高速船舶的适航性，如果将高速船舶阻流板降阻机理应用在高速船舶设计中，有利于建设节能绿色船舶设计理念，实现经济效益与生态效益的共同发展。

关键词：高速船舶；阻流板；降阻机理

引言：

改革开放以来，人们的生活水平有了稳步的提高，人们在满足于物质生活的同时，对自己的精神世界有了更高的追求，人们的发展观念发生了改变，意识到了能源的重要性，也明确了生态环保的理念。因此高速船舶阻流板降阻机理应运而生，满足我国能源储备问题，迎合社会经济发展需求，改善能源紧缺现状，改善粗放式经济发展的瓶颈，缓解社会与经济、能源之间的矛盾，实现全范围的节能减排。

1.高速船舶阻力特性分析

高速船舶阻流板降阻机理研究中需要对高速船舶的阻力特性进行分析，高速船舶的尾部形状一共有三种形式，第一种形式是椭圆形船尾，第二种形式是巡洋舰船尾，第三种形式是方尾，不同的高速船舶针对自己的特性都会选择合适的尾部和首部形状，例如方尾船尾有艉封板，如果船在高速运行的状态下就可以选择这种方式。这种情况下船尾的优点就十分明显，高速船舶的尾部坡度变小，底部几乎处于平面状态，高速运行时水流可以沿着船舶，以垂直的方向进行流动，极大程度上降低能量的消耗，也提高了阻力，保证了高速船舶的平稳运行。方尾在高速船舶中使用比较普遍，英国高速船舶NPL系列、瑞典高速排水型系列以及苏联方尾轻型舰艇系列都是采用方尾实现的高速船舶阻流板降阻，科学家和设计者会通过图谱加以理解，从中获得参数参考，方便进一步的高速船舶阻流板降阻机理研究。

探究高速船舶阻流板降阻机理时可以对阻力进行初步的预算估计，设计船舶的时候，初始阶段的设计尤为关键，很多尺寸参数都是从中获得，在设计的时候不仅要结合实际需求，还要方便工作人员手工计算，在大量的试验中可以使用图谱法进行预估，正常行驶状态下，高速船舶主要是借助水的浮力与动力，在二者之间的综合作用下完成高效形式，人们使用弗劳德数计算，了解到高速船舶的航行状态，无论是半滑行状态还是过渡状态都可以以此进行预估[1]。

2.高速船舶阻流板降阻机理分析

2.1船舶CFD技术应用

近些年来，随着社会经济的发展和计算机技术的普及应用，计算机与数值算法得到了飞跃性的进步，特别是计算机流体学从中有了进展，这种技术在实际应用中和高速船舶阻流板降阻机理实验中费用较低，没有触点流场测量，可以有效的消除物模通过传感器尺寸给流场带来的影响。在高速船舶阻流板降阻机理研究中可以应用到船舶CFD技术，使用纳维斯洛克斯方程进行计算，但是这种方程有着不可避免的缺陷，它只可以清晰的描述高速船舶阻流板降阻机理中层流的问题，但是当高速船舶运行的时候很多时候流动问题都是湍流，流速毫无变化规律，人们通过观察无法掌握规律的运行状态，无论是时间还是空间，高速船舶运行的速度场表现出随机性，如果依旧使用传统而单一的数值模拟方式进行模拟，得到的脉动结果是无法有效果的，而且经过研究得知高速船舶阻流板降阻机理红湍流模型尺寸，较大的漩涡会影响到高速船舶阻流板降阻机理的结果，因此，可以使用平均数的办法解决高速船舶阻流板降阻机理中存在的无规律湍流问题，减少误差，提高结果的精确性。

与其他的流场不同，高速船舶在水面运行的时候会有一个特殊的面存在，这个特殊面就是自由液面，自由液面的计算是实现高速船舶阻流板降阻机理研究的关键步骤，如果计算失误会影响到结果的真实性。在众多研究方法当中，欧拉法数值模拟比较普遍，这种方法指出了当网格固定不动的时候，如果使用单一的方式对高速船舶自由液面进行追踪，追踪的时候不需要对网格重新来划分，及时模拟的自由液面十分复杂，也不会有过多过复杂的计算步骤。由此可见，初始化的网格设置质量会直接影响甚至决定这高速船舶阻流板降阻机理研究与自由液面计算的精确度，即使是复杂的问题，使用欧拉法也可以迎刃而解。高速船舶阻流板降阻机理研究中通过计算流体力学，采用CFD技术进行分析，可以对一定的计算流域实现模型研究，并且顺利生成计算区域的网格。将点的集合能分布在即将计算的区域内，在区域内的各个点之间建立起有关联的信息，从而实现信息的利用，所有的信息都会在第一时间内被收集和存取，需要使用的时候直接取用即可。计算域会影响到高速船舶阻流板降阻机理研究的准确性，如果流域过小，整个模型的计算结果都会受到边界的影响，导致结果出现了失真，如果流域过大，网格划分的难度增加，网格的数量增加，这对计算机来说将要耗费大量的内存，累计的数据会导致误差存在[2]。

美国海军近日宣布，“俾斯麦市”号（EPF-9）在2017年9月成功完成了船厂试航。它进行了舰艇准备状态测试，包括通讯和导航系统、船舶推进、行驶控制和污染控制系统的校准，这是一艘铝合金双体船，是该公司生产的12艘先锋级远征高速运输舰的第九艘，它将给海军带来高速高效的运输能力。该船能以35节的速度满负荷航行，可运载600吨货物，包括坦克、两栖突击载具、军人等。美国海军方面称如果通过了试航，这艘船将前往弗吉尼亚州的诺福克海军基地接受培训与认证，然后再被派往世界各地[3]。

2.2二维阻流板降阻机理分析

高速船舶航行的过程中具有流体绕流的作用，整个船舶在航行的过程中都会受到尺寸、船型以及速度的影响，而且高速船舶航行的环境中水流的情况比较复杂，阻流板和船体互相干扰，由于船舶的类型多种多样，即使在某一特定环境下阻流板会对高速船舶的航行造成影响，产生的水动力性能相同，但是船舶四周的流动以及漩涡情况也会不同，高速船舶阻流板降阻机理的针对性研究十分关键。二维阻流板降阻机理的分析有效提高了研究的可靠性，将三维问题进行简化，实现二维状态下的思维模式，以船舶的中纵剖面作为研究对象，将横向流动对于流体速度的影响忽略，直接考虑对阻流板的应先即可。如果只是单一的研究一种高速船舶的型线，就会导致高速船舶阻流板降阻机理研究结果过于局限，因此要采用不同的角度进行分析，寻找其中的共性和个性问题，对实体船只的中纵剖面缩放，比例10：1即可，然后使用平板来代替高速船舶的船底地板，进行模拟即可。

使用二维局部流动性模拟船舶运行的动力特征，随着参数的变化研究变化的趋势，二维代替了三维模拟，避免了船体对阻流板的干扰，减少计算步骤，减轻计算量，防止高速船舶阻流板降阻机理研究出现局限性。于此同时，研究尾部流场的影响，了解动压里情况，分析液体的流动方向，从而保证二维模拟的状态下高速船舶阻流板降阻机理研究更加真实，计算的结果更加准确。

总结：

总而言之，在计算机技术与多种算法的帮助与支持下，人们加深了对高速船舶阻流板降阻机理的研究，利用相应的软件技术，实现了高速船舶运行的了解，并采用二维替代三维的模式对高速船舶进行模拟，简化了计算的步骤，使用欧拉法对自由液面進行分析，完成了高速船舶流畅的数值模拟过程，从而实现了研究的目的和意义。

参考文献：

[1]黄技. 高速船舶阻流板降阻机理分析[D].大连海事大学，2013.

[2]周利兰. 高速排水型船舶尾浪的数值研究[D].武汉理工大学，2012.

[3]陈铁云，王刚.高速船舶结构设计中流体冲击载荷的数值计算[J].上海交通大学学报，1998（11）：32-35+45.