无人双体船的型线优化设计研究

肖磊

摘 要：无人水质检测艇的适用范围广，使用成本低廉，越来越受到相关使用部门的欢迎。本文在分析用户使用要求的基础上，提出了双体船线形用于搭载相关设备，以实现相关功能要求的目的。基于优化理论和数值仿真技术，本文完成了裸船体的线形阻力性能优化，同时对带附体的阻力性能进行了校核，得到了满足设计要求的优良船型。

关键词：双体船;优化;型线

中图分类号：U661.4            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）10-0110-02

1 引言

随着远程遥控手段以及相关设备的发展，无人设备与系统的市场需求日益庞大，其中在水质检测领域对无人检测船提出了新的需求。无人水质检测船比传统的人工水质采样、监控无论是在时效性还是在作用领域上均具有较大优势。本文对某型无人双体船的型线进行优化研究，在满足总布置的要求下得出了较优船型。

2 船型的要求

根据实际需求，本文研究的无人双体船要求需要很好的设备扩展性，能搭载市面上常见的不同尺寸的监测设备，对航速、结构、功能等都要体现先进性，独特性。船型的具体要求如表1所示。

考虑到对船型的具體需求，该船型的船长傅汝德数Fr=1.1～1.2，排水体积傅汝德数Fr?>2.0。查阅资料显示，船体型线设计为折角型有利于阻力性能，因此本双体船型的母型船采用带折角的片体型式。

3 船型优化改进

经过计算对比发现，通过改变片体间距能有效地改变船体的水动力性能。采用智能优化算法，结合成熟的商业软件，完成了该船型的阻力性能优化。经过优化改进，优化改进的船型可在满载的情况下满足10节的设计航速，船型主尺度如表2所示，型线如图1所示。

为了校核优化船型的性能，对优化船型进行计算流体力学的数值仿真，计算其阻力性能，其波形图和船体压力分布图如图2和图3所示。经过计算，该船型在设计航速裸船体的总阻力为390N，尾倾角3度。

4 船型布置设计

考虑到无人检测艇要实现测深与水质采样等功能，必须要搭载包括多波束测量仪（表3）在内的检测设备。由于多波束测量仪对布放有着严格的要求，同时其体积和重量又比较大，因此只能布置在连接桥的下方。为了减少该部分的阻力，根据经验布置一对水翼。为了验证其阻力情况，需要考虑带水翼和多波束测量仪情况下的双体船水动力性能。

结合设备尺寸以及船体尺寸，附体的具体位置以及带附体的波形图及压力分布图如图4和图5所示。

通过计算结果可知，加装水翼有助于总阻力的减小，并且减阻效果明显。该船型在设计航速带附体的总阻力为450N。满足设计要求。

5 结论

无人水质检测船比传统的人工水质采样、监控具有先天的优势，但是其布置的设备众多，使用要求较高。这也导致该类船型布置复杂，同时航速要求高。该类船型的设计难度较大。

未来对该类船型的研究应进一步增加船体结构重量的约束，在考虑船型阻力性能的同时，兼顾结构重量。同时，未来也需要开发出适用于此类用途的专用船型。

参考文献：

[1]方静，黄晶.基于CFD的超小型双体无人船总体设计[J].船舶工程，2018，40（5）：1-4.

[2]杨显原，吴家鸣，李林华.基于最小阻力的双体无人船优化设计[J].舰船科学技术，2018， 40（8）：27-32.

[3]宋国华.双体船的总体性能设计[J].船舶，1998， 1：32-45.

[4]陈军，卢晓平.用线性兴波阻力理论计算穿浪双体船的兴波阻力[J].海军工程大学学报，2002， 14（3）：53-58.

[5]马健，张再夫，李惠敏.穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法[J].船舶力学，2011， 15：32-39.