Maxsurf在800 t级海洋调查船设计中的应用

李遵伟，贾欣鑫，王 雷，柴家臣

(1.山东省海洋仪器仪表科技中心，山东青岛 266100；2.山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛 266100；3.青岛中乌特种船舶研究设计院有限公司，山东青岛 266100）

Maxsurf在800 t级海洋调查船设计中的应用

李遵伟1,2,3，贾欣鑫2，王 雷2，柴家臣3

(1.山东省海洋仪器仪表科技中心，山东青岛 266100；2.山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛 266100；3.青岛中乌特种船舶研究设计院有限公司，山东青岛 266100）

800 t级海洋调查船是青岛中乌特种船舶研究设计院为国内某船东设计的综合性海洋调查船，利用Maxsurf进行型线设计、阻力估算、静水力计算和稳性计算，顺利完成各项送审工作，显著提高了设计效率。

Maxsurf；型线设计；阻力估算；静水力计算；稳性计算

0 引言

800 t级海洋调查船是一艘维护我国海洋权益、保护海洋环境、监督管理海域使用、加强海洋执法监察和进行海洋基础调查的综合海洋调查船。可进行海洋水文物理、海洋气象、海洋生物、海洋化学、海洋地质地貌、地质勘探、水声等科学调查研究工作。船舶主要尺度如下：

总长：～65.32 m；

垂线间长：59.04 m；

型宽：9.60 m；

型深：4.70 m；

设计吃水：2.60 m；

设计排水量：～880 t；

经济航速：14 kn；

最大航速：16 kn。

Maxsurf软件是由澳大利亚Formation Design Systems公司为船舶设计和建造开发的，适用于各种船舶设计、分析和建造的一款完整的计算机辅助船舶设计和建造软件。Maxsurf软件系统由船体模型生成模块（Maxsurf Modeler）、船舶阻力及有效马力计算模块（Maxsurf Resistance）、船舶水动力及性能分析模块（Maxsurf Stability）和船舶耐波性能分析模块（Maxsurf Motions）等组成。与其它船舶辅助设计系统相比，由于其各个功能模块共享一个集成数据库，具有统一的数据库管理系统，支持参数化造型设计，有操作灵活的使用界面，是一个多重应用的设计环境，Maxsurf软件得到了中国的船舶设计机构及船舶建造厂的广泛认可[1]。因此，本文选取Maxsurf软件系统进行800 t级海洋调查船的设计工作。

1 型线设计

型线设计主要是利用Maxsurf Modeler模块，它是Maxsurf软件的核心模块。Maxsurf Modeler是一款在船舶与海洋工程领域功能强大的三维表面建模系统，可以使船舶设计师快速、准确地设计并优化出各种船舶的主船体、上层建筑和附体型线。Maxsurf Modeler包含一整套用一个或多个NURBS曲面进行三维船体建模的工具，同时内置静水力计算工具及横剖面面积曲线，能使设计师在设计过程中实时查询船舶的性能参数。Maxsurf Modeler能够准确地输出船体型线以及其他格式的船体文件，避免格式转化过程中的精度损失[2]。经过对Maxsurf Modeler的二次开发，可以输出固定格式的型值表，大大方便设计工作。根据设计任务和初步的总布置图设计的800 t级海洋调查船的三维模型如图1所示。

图1 800 t级海洋调查船三维模型

2 阻力估算

阻力估算主要利用Maxsurf Resistance模块，它提供了多种不同的算法来预测阻力，每一种算法都适用于一种系列船型。Maxsurf Resistance预测阻力的方法包括回归计算和分析的方法。选取回归计算各种方法时，根据计算船舶的主要参数来确定。船舶主要参数在计算方法的适用范围内时，阻力估算才会准确。Maxsurf Resistance模块用分析方法估算阻力是基于“薄船”理论。“薄船”是指船体长度L与船体宽度B的比值很大的船舶。兴波阻力计算运用“薄船”理论；计算粘性阻力时采用国际水池会议（ITTC）推荐的ITTC-57摩擦阻力计算公式进行计算[3]。表1为Maxsurf Resistance模块估算的阻力与船模试验得到的阻力的对比。

表1 阻力对比表

3 静水力计算

静水力计算是利用Maxsurf Stability模块中Upright Hydrostatics计算单元。计算静水力之前，首先要设置计算的环境，包括水的密度、波浪形态和选择处于破损状态还是完整状态。然后设置计算选项，包括纵倾状态和计算吃水范围或排水量范围。该计算单元不仅能够计算船舶正浮在静水中的静水力数据，还能计算船舶在不同波浪形态、不同破损状态、不同装载工况时的静水力数据。表2为800 t级海洋调查船吃水在2m～3m时部分静水力数据。

4 稳性计算

稳性计算包括完整稳性和破损稳性，该船的破损稳性使用确定法计算，主要利用Maxsurf Stability模块中Large Angle Stability计算单元。在计算稳性之前，首先要将模型处理为只参与稳性的浮力体，将多余的部分修剪掉。然后建立舱室及液舱，舱室及液舱通过定义各舱的边界、液体舱室的密度和舱柜的渗透率来建立。Maxsurf Stability中提供了多种建立舱室和液舱的方法，能够满足建立不同形状舱室和液舱的需求。建立舱室及液舱完成后，就可以利用Tank Calibrations单元进行舱室容积计算，并产生舱容计算报告。图2为800 t海洋调查船舱室及液舱模型。

图2 800 t海洋调查船舱室及液舱模型

表2 800 t级海洋调查船部分静水力数据

4.1 完整稳性计算

《国内航行海船法定检验技术规则》规定，对船长100 m以下的特种用途船舶，如设计和特性与近海供应船相似，完整稳性按照对近海供应船的要求计算。首先通过Key points面板定义进水角开口，水能通过船侧、上层连续甲板、上层建筑或甲板室的非风雨密关闭的开口及货舱口、通风筒等进入船体内的这些开口定义为进水角开口，诸如通过钢缆、锚链、锁具的开口和锚孔、流水孔、排水管和卫生管等管口，如验船师认为它们浸没时不是引起严重浸水的原因的这些开口可不作为进水角开口。然后通过Load Case Window面板定义装载工况，船舶的空船重量重心根据统计或其他方法获得，该船的装载工况分为出港、中途和到港。表3为完整稳性计算表，其中修正后初稳性高、最大复原力臂和最大复原力臂对应角可以直接从Large Angle Stability和Equilibrium计算单元的计算报告中获得，而稳性恒准数K需要根据计算结果中的数据进一步计算得到。

表3 完整稳性计算表

4.2 破损稳性计算

《国内航行海船法定检验技术规则》规定，对运载不超过50名特殊人员且船长不超过50 m的特种用途船舶，应假定破损发生在横向水密舱壁之间沿船舶长度方向的任何部位，其间距不小于假定的船侧破损的纵向范围，机器处所的破损除外。破损假定为：纵向范围是（1/3）LL2/3或14.5，去其小者；横向范围是B/5或11.5，取其小者（在船内于夏季载重线水平面上，自舷侧向中中剖面方向量取）；垂向范围是在中心线处自船底外板型线垂直向上无限制[4]。根据规范规定的假定破损范围在Damage Case Window单元定义破损工况如图3所示。

假定破损处所的渗透率为：载货处所要经计算确定，但不得小于0.60；物料存放处所为0.60；起居处所为0.95；机器处所为0.85；空留处所为0.95。渗透率的定义早在舱室定义的时候已经完成了破损状态下的渗透率。同时规范还规定了残存标准：进水最终阶段的初稳性高度应不小于0.05 m；进水最终阶段的复原力臂曲线超过平衡位置应至少有20°的范围，在此范围内至少应有100 mm的相应最大复原力臂；由不对称进水造成的横倾角在平衡前应不超过20°，平衡之后应不超过7°，对进水涉及到相邻水密横舱壁之间的情况，平衡之后不超过12°。表4为出港工况时部分破损情况数据表。横倾角、初稳性高、最大复原力臂和正稳性范围都可以直接从Large Angle Stability和Equilibrium计算单元的计算报告中获得。

图3 800 t海洋调查船破损工况

表4 出港工况时部分破损情况数据表

除此以外，Maxsurf Stability模块还可以进行配载计算、稳性横截力臂曲线计算、极限重心高度计算、可浸长度计算、总纵强度计算、概率破损稳性计算等。

5 结论

使用Maxsurf软件进行800 t海洋调查船的型线设计、阻力估算、静水力计算和稳性计算等等，几乎涵盖了从概念设计的方案制定到详细设计的文件送审的全过程，大大提高了设计效率。

[1]蒋毅文.MAXSURF及相关设计程序在船舶设计中的应用[J].船海工程,2005(4)： 39-41.

[2]Bentley Systems Pty Ltd.MaxsurfModeler UserManual[Z].Windows Version 20.2013.

[3]迟百宏,杨卫民,丁飞,等.Maxsurf软件在双体帆船阻力计算中的应用[J].船舶工程,2015(S1)： 39-41.

[4]中国海事局.国内航行海船法定检验技术规则[S].2011.

Application in Design of 800 t Sea Survey Ship with Maxsurf

LI Zunwei1,2,3,JIA Xinxin2,WANG Lei2,CHAI Jiachen3
(1.Science and Technology Center of Oceanographic Instrument of Shandong Province,Shandong Qingdao 266100,China; 2.Institute of Oceanographic Instrumentation of Shandong Academy of Sciences,Shandong Qingdao 266100,China; 3.Qingdao China-Ukraine Special Ship Research and Design Academy Co.,Ltd.,Shandong Qingdao 266100,China)

The 800 t sea survey ship is a comprehensive sea survey ship designed by Qingdao China-Ukraine Special Ship Research and Design Academy Co.,Ltd.for east China sea branch of state oceanic administration.The design of ship has been accomplished perfectly and the efficiency has been improved significantly with Maxsurf for ship lines design,resistance estimation,calculation of ship hydrostatic and stability.

Maxsurf; line design; resistance estimation; calculation of ship hydrostatic; calculation of ship stability

U662.2

A

10.14141/j.31-1981.2017.05.012

李遵伟（1989—），男，硕士，助理工程师，研究方向：船舶总体设计。