半潜船艏部砰击分析

第４６卷　２０１７年１１月　船海工程　ＳＨＩＰ＆０ＣＥＡＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．４６　ＮＯＶ．２０１７　ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７９５３．２０１７．Ｓ２．００３　半潜船艏部砰击分析　梁斌　（海军驻广州４２７厂军事代表室，广州５１０７１５）　摘要：分析某半潜船试航过程中船艏砰击振动原因，发现主要因为船艏浮箱处线型欠佳，造成船艏浮箱　处波高增大，波浪在船艏浮箱处爬升，兴波阻力增大。同时，浮箱与船体相交的横剖面形状为钝形，浮箱底部　形成较大的漩涡，造成低压，船艏易于埋艏，当船舶在高速航行时，来流撞击到浮箱表面，船体砰击振动较大。　通过对浮箱改型前后ＣＦＤ数值分析，比较船艏浮箱处波浪高度和升沉变化，实船试航表明，改型后船艏砰击　振动现象消除，说明改型方案合理可行。　关键词：浮箱；球鼻艏；砰击；振动；波浪高度　中图分类号：Ｕ６７４．３８　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１－７９５３（２０１７）￥２－０００８－０３　某半潜船主要装备潜浮压载系统，有较强的　潜船舶，必须考虑砰击带来的威胁。通过本船试　滚装能力，可对重型装备构件及小型船舶进行拖　带运输，也可临时作为船坞对小型船舶实时海上　抢修。航行于无限航区，航速大于２０　ｋｎ。该船单　机单桨，常规轴系推进，机舱和上层建筑位于船舶　航状态观测，船艏砰击和浮箱外飘砰击为主要原　因。从２个方面进行分析。　１．１　带浮箱的半潜船横剖面设计特点　本船属于高速船，兴波阻力占总阻力的比值　后部，艏部设有艏楼以提供储备浮力，船中部两舷　设有浮箱结构，中间为平甲板，用于拖带和半潜作　业小型装备。海试过程中，当航速超过１７　ｋｎ时，　较大，降低兴波阻力是本船首先考虑的减阻方式，　本船船艏安装了大型球鼻艏，主要用来降低兴波　阻力　Ｊ。在高海情情况下，具有较大球艏的船舶　船体剧烈振动，观察发现船艏浮箱处波高较大，波　浪在浮箱上表面有爬升现象。为了消除船体振动　和船艏砰击现象，该船需要进坞改造。　在高航速航行时，艏垂线后方的浮箱刚好处于船　形波波峰位置，由于浮箱与船体相交处有突变，浮　箱底部距离水线面较近，存在空气层，使得船艏浮　箱频繁出入水现象，导致浮箱外飘砰击剧烈，造成　船体振动　。　ｌ　船艏砰击原因分析　在恶劣海况下航行的高速船，由于船艏底部　出水或上浪原因，会在船艏底部、舷侧外飘区域发　生砰击现象ｕ　。　该船主尺度及参数见表１，浮箱改造前船艏　肋骨线型见图１，浮箱改造后船艏肋骨线型见图　２。比较图１～２线型可知，改造前船艏浮箱肋骨　线型图中设计吃水与浮箱下缘存在空气层，线型　根据船体砰击位置不同，砰击分为船艏底部　砰击、艉部砰击、外飘砰击、上浪砰击等几种类型。　船舶在航行过程中，当波浪冲击艏部外飘区域时，　会瞬态产生巨大的冲击压力，使船体加速度发生　有突变。改造后，浮箱下缘伸到水线下，肋骨线型　在折角线处光顺过渡，减少突变，消除空气层，消　除浮箱频繁出入水现象，降低浮箱砰击和船体振　动现象。　表１本船主尺度及参数　突变现象，一般外飘砰击受多种因素影响，如海浪　特性、船舶运动、船艏线型，空气层等。对于船艏　具有较大艏部外飘的船舶，或具有外飘浮箱的半　收稿日期：２０１７—０３—３１　修回日期：２０１７—０４—３０　１．２带浮箱的半潜船水线面设计特点　基金项目：国家部委基金项目　第一作者：梁斌（１９７９一），男，学士，工程师　研究方向：舰船建造、装备管理等　８　对于高速船来说，靠近水面处的水线形状对　兴波阻力影响较大，通常以设计水线为代表进行　研究。设计水线的半进流角越小，水线过渡越光　２０１７莅　１１月　梁斌：半潜船艏部砰击分析　船海工程　第４６卷　１　１扳边线　水线—　５Ｏ肋俺　１６０肋位　ｌ　７ｏＪＪ）ｊ位　ｌ８０ＪＪＪＪ位　ｊ９０，ＪｌＪ．，，俺　２００】』ＪＪ　图１　浮箱改造前船艏肋骨线型　ｌＩ扳边线　１　５ＯＩＩＪＪ位　ｌ６０１１￣Ｊ位　１　７０｝ｆＪＪ位　１８０１１１ｊ竹　１　９ｏｌｌＪｊ何　２００１１ＪＪ　ｂ）岍艏浮辅俯桃　删水线　图４浮箱改造后船艏浮箱线型　题。改造思路为削瘦船艏浮箱形状以及浮箱下缘　边界线延伸到水线以下，将整个浮箱的横剖面改　成“楔形”，同时浮箱前端几何曲率更加顺滑，使　得水线和肋骨线光顺过渡，减少线型突变。　图２浮箱改造后船艏肋骨线型　对船体几何形状三维建模，采用ＣＦＤ软件数　值分析计算，分析船艏波形、船体表面波高以及船　体兴波现象，从图５～７可见，浮箱改造前波浪在　船艏浮箱上爬升较大，浮箱前端存在一个较大波　顺，阻力越小。高速船必须削瘦整段艏部水线，半　进流角要尽量小，整个进流段保持缓和的曲度。　比较图３、４可知，浮箱改造前船艏浮箱处水线形　状有突变，半进流角较大，水流在此处容易产生漩　高，波浪高度已经超过了甲板面，船体有埋艏现　象，由于浮箱前端形状为钝形，水流容易在浮箱底　部形成较大漩涡，造成低压，从而导致船体艏部上　浮力较小。从图８、９和图ｌ０中可见，浮箱前端改　涡，船体阻力增大　Ｊ。船艏浮箱改造后，水线与　船中心线夹角减小，纵剖线曲度缓和，水流不容易　分离，船体阻力减小　。　造后，船艏浮箱处波高比较平缓，幅值较小，波浪　Ｉ５０肋缸　ｌ６０肋纰　Ｊ　７０肋纯　　ｌ８Ｏ肋　Ｉ　９０肋纯　２ｏｏ）１）；缸　图５浮箱改造前船型几何形状　ｂ）Ｊｊｆｊ晰浮革『＝ｉ俯　图３浮箱改造前船艏浮箱线型　图６浮箱改造前波高形状　比较表明，舷侧浮箱外飘区域距离艏垂线越　近，砰击压力越大，浮箱底部距离水线面越近，容　易造成浮箱频繁出入水现象，进而导致浮箱外飘　砰击现象　。　２船艏砰击改造措施　通过分析论证，确定该船砰击振动原因为船　艏浮箱线型和浮箱与设计水线存在空气层等问　图７浮箱改造前三维视角下船体兴波　９　２０１７年　１　１月　泶碱：半潜船艏部钾击分析　船海二ｒ　第４６卷　程巾观察钊的船艏波浪情况表【ｌ』ｊ，陔船改造前的　船艏异常研击现象已消除　、　４　结论　图８　浮箱改造后船型几何形状　１）ｘ寸于高速船，／｝亡其是其仃球鼻艏的高速　船，船腑水线处线型设汁尤为函　，既要弩虑减小　船脯兴波阻力，又要避免船冉ｆｉ过渡外飘带来的熵　部砰　２）尤论是新设计的高速船，还足改造船，都　图９浮箱改造后波高形状　必须对船舶线型进行多方案分析论证，数值模拟　汁算，以及水动力性能船模试验，尽同｜发观问题，　避免异常情况发生。　参考文献　ｌ　１　Ｉ顾敏馥．船舶设计原理［Ｍ］．１　海．－－Ｌ海交通大学…　版　，２００１．　ｆ２］ｌ｝１　船舶丁　总公州．胄｛｛舶没　实用手册：总体分册　『Ｍ］．北京：国防１二业　版礼，１９９８．　图ｌ０　浮箱改造后三维视角下船体兴波　『３］陈震，？Ｊ＿５永军，肖熙．大型集装车『１舟｝｝舷ｆｌＪ！ｌＪ外飘　１　特　性研究［Ｊ］．船海工程，２０１Ｉ，４０（３）：１－４．　［４］畅佑宗，杨奕，陈文炜，等．船舶线犁设计　研究［Ｊ］．　上海造船，２００１（２）：１８－２３．　浮箱』二爬升　大，…于浮箱横剖面‘ｊ　楔形”，　船体纵倾ｆｌｔ埋艏状态逐渐转为抬艏状态，船体兴　波电有很大减小　浮箱线型改造的同时，浮箱结　构相应得到改造和ｌＪＪｌ１强。　５］蔡钠．蔡虎振，Ｈ秋莲．２２　０００　ｋＷ深水　Ｊ１　作船怏　速性分析研究　Ｊ１．船海１　．２０１５（４）：５０—５３．　３　实船试航结果　改造后进行高海情海试，对船体结构的总纵　搬度、舷侧浮箱　砰Ｊｉ－载荷下的局部强度进行测　试，并对采集到的测试数据进行分析，了解船体结　构　试验海况Ｆ的十｝１应特性。试验报告和试航过　［６］闩秋莲，李卫华，畅忻宗．１０　０００　ｋＷ多功能守护　振　动分析　ｊ改造［Ｊ］．【｛１　造　，２０１３，５４（４）：３８＿４４．　【７］郭海强，林一，王春　．超火＇　集装箱船外飘砰山载　荷计算研究［Ｊ］．船舶］　榉，２０１５（增刊２）：２（）一２３．　８］肖芎孑，高霄鹏．基于全船建模的航速埘船茸外飘　影响研究［Ｊ］．舰船科技技术．２０１６（１５）：２３—２８　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｏｗ　Ｓｌａｍｍｉｎｇ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｅｍｉ　Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　Ｖｅｓｓｅｌ　ＬＩＡＮＧ　Ｂｉｎ　（ＭｉｌｉｌｍＴ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｔ　Ｎａｖｙ　ａｌ　４２７　ＳｈｉｐｙａＭ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０７Ｉ５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｆｈｅ　ＨＯＷ　ｓｌａｍｍｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｐｈｅｎｏｍ￣　ｌｉｏｎ　ｏｃｅｍ＇ｒｅｄ　ｉｌｌ　ａ　ｓｅｌｎｉ　ｓｕｌｍｍｒｇｅｄ＂ｖ＇ｅＳＳ￣ｌ　ｄｕｒｉｎｇ　ｈ＇ｉａｌ，ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ、ｉｌ）Ｊ’ｔｌ—　Ｉｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　１）ｅ【　ａｕｓｅ　ｏｆ　ｐｏｏｒ　ｂｏｗ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｂｏｘ　ｌｉｎｔ、．ｗｈｉｃｈ　Ｃａｌｌｓｅ　ｔｈｅ　ＷｔｌＶｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｌｌｌｌｔ｜ｈｅ、～ＩＩ、　ｃｌｉＭｌｉ￣ｌｇ　ｉｎ“ｌｔ　ｈｕｗ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｂｏｘ．ＳＯ　ｌｓ　ｔｏ　ｉｌｌ（：ｒｅｔｌｓｅ　ｔｈｅ　ｗａｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎ（・ｅ．Ａｔ　ｌｈｅ　Ｓ，￣ＩＩＩＩｅ，ｔｉｍｅ．ｔｈｅ【・ｒＯＳＳ，ＳｅＣ［ｉ（）ｌｌ　１）ｅ１ｗ（￣ｌ　ｆｉ　ｔｈｅ　ｆ］（Ⅲｌｉｎｇ｝）Ｉ　Ｊｘ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈＩｉＩＩ　ｉｓ　Ｉ】ｌｕｌＩｔ，ｔｈｅ　ｂｏｔｔ（ｍ１　ｏｔ　ｔｈｅ　ｔｌｏａｔｉｎｇ　ｈｏｘ　ｔｉａｎｓ　ｄ　ｌａｒｔｇｅｌ　ｖ（’ｒｔｅｘ，ｃａｕｓｉ　ｒｉｇ　ｌｏｗ［）ｌ－ｅｓｓ［１ｌ＇ｅ，ＳＯ　ｔｈａ　ｃ　ｔｈｅ｝１ｆｌｗ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｒｏ　ｌｌＯＳｅ　ｄｉｖｅ．ＷＩｌｌ￣ｌｌ｝｝１　ｓｌｔｉｐ　ｉｓ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ．ｔｈｅ　ｔｌｏｗ　ｈｉｔｓ　ｔｈｅ　ｔｌｏａｌｉｎｇ　ｔ）ｏｘ　Ｓｉｌｌ’ｆａｃｅ．ｓｌａｍｍｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ（＇ａｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｈｔ小ｖｉｌ）ｒａｌｉｕｎ．Ｔｈｌｏｕｇｈ　ＣＦＩ）ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｔｓ．ｔｈｅ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｂｏｘ　ｗａｓ　ｍｏｄｉ［　ｔｅｄ．ｔｈｅ　ｓＩｉｔｐ　ｔｒｉａｌ　ｒｅｓｔｌｈｓ　ｓｌ…ｗＰ‘ｌ　ｌｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｌａｍｎｌｉｌｌｇ　ｖｉｉ．‘ａｔｉｏｎ　ｏｆ　１）ｏｗ　ｆ１（）ａｔｉｎｇ　ｂｏｘ　ｉｓ　ｌｉｍｉｎａｔｅ．ＳＯ　ｔｌ１ｅ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　１）ＯＸ　ｍｏｄｉｉｃａｔｆｉｏｌ１　ｏｆ’ｔｈｅ　ｓｅｍｉ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ＶＯＳＳｅ１　ｉｓ　ｌ－ｅ￡ＩＳＯｌｕｂｌｅ　ａｌｒ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｈｏｘ；ｂｕｌｂｏｕｓ　ｂｏｗ；ｓｌａｍｍｉｎｇ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｗａｖｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｌ０