实船总阻力预报方法

实船总阻力预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶的总阻力系数预报，特别是涉及一种实船总阻力预报方法。
【背景技术】
[0002] 实船总阻力预报的方法目前主要有两种：1.通过制作一定缩尺比的船模通过船 模阻力试验的方法预报；2.通过计算流体力学（CFD)理论方法预报。
[0003] 船模阻力试验是目前获得实船阻力性能数据最为重要的途径，船模阻力试验是以 与实船几何相似的缩小模型进行的试验，通过船模获得试验数据需要通过相似理论通过换 算得到实船的阻力性能数据。目前主要有两种换算方法：二因次法和三因次法。
[0004] 尽管船模试验获得实船总阻力的方法被证明是目前最为可靠的方法，但是因制作 船模和进行船模试验需要耗费大量的时间以及人力物力。特别在方案设计阶段，面对多个 待优选的方案逐个进行船模试验是不现实也不经济的。
[0005] 随着计算机技术和CFD技术的发展，通过CFD技术预报船舶的阻力性能成为可能， 而CFD技术以其设计周期短、成本低和可进行大量的方案计算越来越成为船舶设计的一种 常用手段。
[0006] 需要指出的是尽管CFD技术已经得到飞速发展，但实船尺度的数值计算在现在的 计算机硬件和软件条件下仍然是非常困难且代价昂贵的，因此CFD分析的仍然是具有一定 缩尺比的船模，其数值结果仍需要通过尺度效应进行实船换算。实践表明，完全通过CFD技 术预报得到结果与实际仍然存在较大差距，因此真正完全采用CFD来预报阻力性能还需要 很长的路要走，但其在方案优选方面已经获得广泛认可。
[0007] 因此，需要一种既有船模试验可靠性又有CFD技术经济性的实船总阻力方法。

【发明内容】

[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种既有船模试验可靠性 又有CFD技术经济性的实船总阻力预报方法。
[0009] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种实船总阻力预报方法，所述实 船总阻力预报方法基于：母船和待测实船的傅汝德数相等，形状因子l+k相等，且母船和待 测实船的几何类似，两船几何类似是指同时满足以下条件：两船的长宽比L W1/B差值小于1， 两船的宽度吃水比B/T差值小于2,两船的方形系数Cb差值小于0. 05 ;其中母船已经进行 了船模试验，并且计算出母船自身的总阻力系数Ct_ml;则设定待测实船与母船间满足：通过 CFD计算得到两实船的总阻力系数之比与通过船模试验得到两实船的总阻力系数之比相 等，由此来计算待测实船的总阻力系数；待测实船的总阻力系数通过以下公式表示：
[0010] ct_s2 = C-^ X Ct_mi + (1 + 1) (γ,_52 - ^t-CFDi
[0011] 其中，Ct_ml为母船的总阻力系数；
[0012] Cf_s2为通过平板公式计算得出待测实船的摩擦阻力系数；
[0013] Cf_m2为通过平板公式计算得出船模的摩擦阻力系数；
[0014] Ct_CTD2为通过CFD数值分析计算得到待测实船的总阻力系数；
[0015] Ct__为通过CFD数值分析计算得到母船的总阻力系数。
[0016] 优选的，在计算待测实船总阻力系数之前先通过实际测量获得母船和待测实船的 以下参数值：长宽比LW1/B、宽度吃水比B/T、方形系数Cb。
[0017] 优选的，在船模试验中通过三因次法计算出母船自身的总阻力系数。
[0018] 如上所述，本发明的实船总阻力预报方法，具有以下有益效果：结合了船模试验和 CFD技术，充分利用两种方法的优点获得了一种即经济又可行的实船阻力预报方法。
【具体实施方式】
[0019] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0020] 下面先具体将【背景技术】中提到的二因次法和三因次法具体介绍一下。
[0021] 二因次法又称傅汝德换算法，傅汝德法假定船体的总阻力Rt由只与雷诺数有关的 摩擦阻力R f和只与傅汝德数有关的剩余阻力Rr组成。即：Rt= Rf+Rr (1)
[0022] 如果过式（1)两边除以0. 5 P V2S则得到无量纲表达式，
[0023] Ct= Cf+Cr (2)
[0024] 对于船模和实船假定傅汝德数相等，因此Crt= C M，分别对实船和船模应用于式 (2)则：
[0025] 实船关系式：Cts= Cfs+Crs (3)
[0026] 船模关系式：Ctni= CfJCrni (4)
[0027] 根据式（3)和式⑷将得到实船总阻力系数：
[0028] Cts=Cfs+Ctm_Cfm (5)
[0029] 通过式（5)即可换算出实船的总阻力系数Cts。
[0030] 三因次法又称休斯法，该法把总阻力的组成分为三部分：摩擦阻力Rf、粘压阻力 Rpv和兴波阻力Rw。摩擦阻力和粘压阻力与雷诺数有关，且粘压阻力与摩擦阻力之比是一个 常数k ;兴波阻力与傅汝德数有关。因此，无因次后的总阻力为：
[0031] Ct= (1+k) Cf+Cw (6)
[0032] 对式（6)分别应用到船模和实船，则得到：
[0033] Cts= Ctm+(1+k) (Cfs-Cfm) (7)
[0034] 式7中，Cts为实船的总阻力系数，C tm为船模的总阻力系数
[0035] 三因次法需要通过船模获得形状因子Ι+k和兴波阻力系数，而摩擦阻力系数由平 板公式计算获得。已经有实验证明，在傅汝德数相等时，兴波阻力系数Cw为常数。
[0036] 本发明提供一种实船总阻力预报方法，实船总阻力预报方法基于：母船和待测实 船的傅汝德数相等，形状因子Ι+k相等，且母船和待测实船的几何类似，两船几何类似是指 同时满足以下条件：两船的长宽比L W1/B差值小于1，两船的宽度吃水比B/T差值小于2,两 船的方形系数Cb差值小于0. 05 ;则设定待测实船与母船间满足：通过CFD计算得到两实船 的总阻力系数之比与通过船模试验得到两实船的总阻力系数之比相等，即：
[0037] CyCFD2 = (8) L t -CFUi ^ t-mi
[0038] 由此来计算待测实船的总阻力系数。
[0039] 具体计算步骤为：
[0040] 首先，根据设计图纸或者试验报告获取母船和待测实船的主尺度以及如下参数：
[0041] 长宽比LW1/B、宽度吃水比B/T、方形系数Cb ;
[0042] 再次，通过平板公式计算母船和待测实船的摩擦阻力系数，具体计算方法为： 0.075 (q\
[剩 ^ = (lg^ _ 2)3
[0044] 其中Rn为相应雷诺数；
[0045] 再次，根据母船已经获得的船模试验结果，本发明通过三因次法来计算出母船自 身的总阻力系数C t_ml;
[0046] 然后，通过CFD分别计算得出母船的CFD总阻力系数Ct__，以及待测实船的CFD 总阻力系数Ct_CFD2;
[0047] 最后，计算待测实船的总阻力系数，由三因次法得知，待测实船相关船模试验的计 算公式为：
[0048] Ct_s2= C t_m2+ (1+k) (Cf_s2_Cf_m2) (10)
[0049] 将式（10)代入式（8)，变化得出待测实船的总阻力系数Ct_s2:
[0050] s2 = X U + 幻 K J (11)
[0051] 上述各公式中，Ct_ml为通过船模试验获得的母船的总阻力系数；
[0052] Ct_m2为待测实船假定由船模试验获得的总阻力系数；
[0053] Cf_s2为通过平板公式计算得出待测实船的摩擦阻力系数；
[0054] Cf_m2为通过平板公式计算得出船模的摩擦阻力系数；
[0055] Ct_CTD2为通过CFD数值分析计算得到待测实船的总阻力系数；
[0056] Ct__为通过CFD数值分析计算得到母船的总阻力系数。
[0057] 本发明结合了船模试验和CFD技术，充分利用两种方法的优点获得了一种即经济 又可行的实船阻力预报方法。
[0058] 为说明本发明的可行性，下面以一条实船为例作为说明。
[0059] 现有一条2500TEU集装箱船，进行了船模试验，具备模型的相关阻力数据。一条 43000吨散货船以该集装箱船船壳为"母船"经过变换获得其船壳，采用本发明预报总阻力 系数。两条船的主参数比较见表1。
[0060]
【主权项】
1. 一种实船总阻力预报方法，其特征在于，所述实船总阻力预报方法基于：母船和待 测实船的傅汝德数相等，形状因子ι+k相等，且母船和待测实船的几何类似，两船几何类似 是指同时满足以下条件：两船的长宽比L W1/B差值小于1，两船的宽度吃水比B/T差值小于 2,两船的方形系数Cb差值小于0. 05 ;其中母船已经进行了船模试验，并且计算出母船自身 的总阻力系数Ct_ml;则设定待测实船与母船间满足：通过CFD计算得到两实船的总阻力系 数之比与通过船模试验得到两实船的总阻力系数之比相等，由此来计算待测实船的总阻力 系数；即待测实船的总阻力系数为：
其中，Ct_ml为通过船模试验获得的母船的总阻力系数； Cf_s2为通过平板公式计算得出待测实船的摩擦阻力系数； Cf_m2为通过平板公式计算得出船模的摩擦阻力系数； Ct_CFD2为通过CFD数值分析计算得到待测实船的总阻力系数； Ct_CFD1为通过CFD数值分析计算得到母船的总阻力系数。
2. 根据权利要求1所述的实船总阻力预报方法，其特征在于：在计算待测实船总阻力 系数之前先通过实际测量获得母船和待测实船的以下参数值：长宽比L W1/B、宽度吃水比B/ T、方形系数Cb。
3. 根据权利要求1所述的实船总阻力预报方法，其特征在于：在船模试验中通过三因 次法计算出母船自身的总阻力系数。
【专利摘要】本发明提供一种实船总阻力预报方法，实船总阻力预报方法基于：母船和待测实船的傅汝德数相等，形状因子1+k相等，且母船和待测实船的几何类似，则设定待测实船与母船间满足：通过CFD计算得到两实船的总阻力系数之比与通过船模试验得到两实船的总阻力系数之比相等，由此来计算待测实船的总阻力系数。本发明既有船模试验的可靠性又有CFD技术的经济性。
【IPC分类】B63B9-00
【公开号】CN104875845
【申请号】CN201510232616
【发明人】朱振涛, 孙小江, 雷坤, 刘舒
【申请人】上海佳豪船舶工程设计股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月8日