基于MAXSURF建模的100客位三体船型线设计

2019-09-10黄黎慧

河南科技 2019年31期

关键词：模型

黄黎慧

摘要：三体船由一个主体和两个小片体组成，其设计比一般的单体船要复杂一些。本文采用型船改造法，借助MAXSURF软件对100客位三体船建立模型，生成并优化型线，同时进行静水力曲线计算，可提高三体船的设计效率与精度。

关键词：主尺度;静水力;MAXSURF;模型

中图分类号：U661.311 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）31-0091-03

Design of 100-seat Trimaran Based on MAXSURF Modeling

HUANG Lihui

（Wuhan Technical College of Communications，Wuhan Hubei 430065）

Abstract： The design of the three-hulled ship is more complicated than that of a typical single-hulled ship. With the help of MAXSURF software， the model of the trimaran with 100 passengers was built. The model line was generated and optimized， and the static hydraulic curve was calculated at the same time， which could improve the efficiency and accuracy of the trimaran design.

Keywords： principal dimensions;hydrostatic;MAXSURF;model

三体船由一个主体和两个小片体（也称为辅船体、侧体）构成。作为主要的船型几何特征，主船体长宽比[LB]一般为13～18，片体的长宽比较主船体大，一般达到25，更为细长;片体的排水量较小，一般不超过主船体排水量或总排水量的10%。这种类型的三体船称为小侧体三体船，稳性较好，高速航行时阻力小;具有优良的耐波性;甲板面积大，便于舱室布置和设备安放，这一优点对客运船等一系列布置地位型船具有重要的意义。

1 主尺度的确定

1.1 主尺度的初定

本船参考一条712客位三体客货运输船的总布置情况，结合设计要求，综合考虑参考船的外观形状、内部布置等条件的前提下绘制100客位客船布置草图[1]。同时，根据《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）、航区特点以及相关文献资料，初步确定本设计船主尺度，如表1所示。

1.2 主尺度的优化

在保证满足本船布置地位的条件下，改变设计船的横纵向偏距，产生不同[aL]、[2b/B]及[Fn]。查阅图谱[2]得出不同剩余阻力系数，计算不同方案下的船舶单位排水量阻力，选择阻力较小且经济性较好的方案。方案比较如表2所示。

由表2可得：当侧体横向偏距与主体船长之比[aL]达-0.32，阻力性能明显变好。这主要是因为此时其剩余阻力系数显著减小。考虑到实际航行工况和避免流动堵塞，纵偏距与主体型宽[2b/B]之比取2.6。在此基础上再增加船长如方案5、方案6，单位排水体积阻力虽有所减小但减小幅度不大，且排水量增大，总阻力减小幅度很小，经济效益不好。因此，选择方案4为最终方案。

2 基于MAXSURF的型线图绘制

2.1 型线绘制方法概述

本船型线的绘制采用型船改造法，选取与本船主体相近的船型作为参考船，通过改造，得到型船设计要求的型线。具体的改造借助于三维设计软件MAXSURF，根据参考船型线在MAXSURF中建立参考船模型，然后对参考船进行仿射变换，生成和新船主尺度相同的模型，之后对生成的模型的型线参数进行修改，得到要设计船的模型。最后，在MAXSURF中导出设计船型线，对导出的型线进行小范围修改、光顺，即得到新船型线。

2.2 参考船的选择

通过对设计船进行分析，其应该有如下特征：圆舭、尾、短折角、菱形系数[Cp]适当大，浮心纵向坐标位置也适当靠后。根据这些特征选取合适的参考船主尺度，如表3所示。

2.3 采用MAXSURF软件建模

由于本船为三体船，因此，在建立模型时，将主、片体建模分开进行。首先，通过在MAXSURF软件内设置相似模型，将其轮廓及型线调成与参考船一致的模型;由于设计船与母型船的主尺度不同，为了借鉴母型船的优良船型，须对参考船进行放射变换，即将母型船的主尺度在长度方向按垂线间长比放缩，宽度反向按型宽比放缩，高度方向按型深比放缩，得到中间船型;得到设计船样模后，对其横剖线图、纵剖线图、半宽水线图进行调整，使其排水量、方形系数满足预先设计值。按照之前设计的浮心纵向位置调整型线，最终使型线达到三向光顺。调整光顺后的设计船主体部分。

由于片体所占排水量较主体小，阻力部分占总阻力同样较小，因此其形状应选择较为削瘦的船型，长宽比应选择较大值。本文设计的船的片体型线以一三体船模型的片体为参考船型，与主体设计步骤相同，进行放射变换，然后进行详细调整，使其吃水与预设排水量相匹配。

最后，运用MAXSURF软件导出已经设计好的横剖线图、纵剖线图、半宽水线图，分别如图1、图2和图3所示。

3 静水力计算

3.1 横剖面面积曲线图

利用MAXSURF软件得出模型的横剖面面积曲线。单主体及主体与两片体同时存在时的完整横剖面面积曲线分别如图4和图5所示。

3.2 静水力曲线图

完成型线图绘制后，在MAXSURF软件中转换到计算静水力的模块，通过之前建立的三维模型，由软件自行计算生成所需的静水力曲线，导出曲线数据，在CAD中画出静水力曲线图，如图6所示。

3.3 邦戎曲线图

邦戎曲线是以吃水为纵坐标，以横剖面面积[As]和横剖面面积对基线的静矩[Moy]为横坐标所绘制的曲线。在邦戎曲线图中，分别对船长、型深采用不同比例，以节省图纸。图7为本文设计的船的邦戎曲线图，其中，比例为吃水：1cm=0.3m;横剖面面积：1cm=3m2;横剖面面积对基线静矩：1cm=4m3。

4 结语

三体船的设计不同于单体船，不仅需要考虑主体，还需全面考虑两片体的各项要素。MAXSURF可以真正创建三维NURBS曲面（而非二维NURBS曲线），对三体船的主体及片體进行三维建模，从而快速、精确地设计并优化出所需的主船体、片体型线，并进行性能计算，提高三体船的设计效率与精度。

参考文献：