多附体中高速船阻力研究

于文刚 李明敏

摘 要：船舶附体种类繁多，在船舶总阻力中附体阻力所占比重可达10%～40%。附体的流场状态与船体之间的相互干扰也相当复杂。本文以多附体的中高速船为研究对象，采用CFD方法对多种附体组合形式的航行阻力进行预报，分析各种附体形式对阻力的影响。

关键词：附体；CFD；航行阻力

中图分类号：U661.3 文献标识码：A

1 前言

船舶附体是对船舶水线以下船体突出物体的统称，由附体引起的阻力增值称为附体阻力（包括了附体与船体干扰引起的阻力增量），即带附体时阻力与裸船体阻力的差值。附体阻力主要包括因流体粘性引起的粘性阻力和因流体重力引起的兴波阻力。船舶常见的附体主要包括舵、轴、轴支架、舭龙骨和减摇鳍等。

船型设计时对附体设计有一定要求，一方面要求附体充分发挥其功能，另一方面要求附体阻力尽可能低。船舶附体阻力一般占总阻力比重可达10%～40%。附体的流场状态及其与船体之间的相互干扰相当复杂，国内外模型试验水池在附体阻力换算方面进行了很多工作，但至今尚无统一的换算方法。阻力换算难以同时满足Fn和Rn相等，尺度效应不可避免。传统的二因次换算方法在理论上不尽合理，三因次换算方法（也称1+K方法）虽然减少了尺度效应的影响，但由于K值是由模型试验结果计算得到的，其误差对换算结果的影响也较大[1～3]。

本文主要针对中高速船，采用CDF方法对多附体船型的船体阻力进行预报，结合模型试验结果，验证预报方法的准确性，并且采用该方法对不同附体组合形式的船体阻力进行预报，得到不同附体组合形式对船舶阻力的影响结果。

2 控制方程和湍流模型

3 网格划分

本文计算网格划分采用的是ICEM软件，多次比较计算域沿片体纵向、横向以及垂向尺寸的大小对计算结果的影响，确定了计算域：由船首向前延伸1倍船长，向船尾延伸3倍船长；吃水方向向下延伸10个吃水；沿两舷外侧向船宽方向延伸3个船宽；流域网格采用结构和非结构型的混合网格形式；外流场采用结构化六面体网格，内流场采用非结构化四面体网格，这样划分的目的是为了减少网格数量和提高网格质量。

4 计算实例

本文研究对象是一艘带附体的单体中高速圆舭转折角型艇，其设计水线长Lwl=51.6 m，型宽B=7.6 m，吃水d=2 m，设计航速v=32 kn（Fr=0.732），研究附体（包括轴、轴支架、轴包套、舵、呆木，见图1～5）对船体阻力的影响，并针对目前常用的一字形轴支架和人字形轴支架，研究两种支架形式对船体阻力的影响。

5 结束语

本文的研究可为类似中高速船型的附体阻力预报提供一个参考方法，定性或定量的提出了部分附体形式对全船阻力的影响情况，具体的结论如下：

（1）采用CFD方法预报带有较复杂附体形式的船体阻力是可行的；

（2）呆木会增加航行阻力，阻力增量可近似表示为： 。

（3）人字形轴支架比一字形轴支架附体阻力要大，平均每个人字形支架要比一字形支架阻力增加约1%。

本文仅对比了不同附体组合之间的的附体阻力，而针对单独附体及改变附体结构或安装位置带来的阻力影响并未作深入研究，今后应在这方面做进一步研究。

参考文献

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