CN110027670B - 一种船尾适配型压浪板的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船尾适配型压浪板的设计方法，包括：确定压浪板的最大允许长度和最大允许宽度；确定船底尾端界线；选取横向位置，截取多条船体纵剖线；选取船尾纵剖线去流段和船体尾端面纵剖线下段；确定船尾纵剖线去流段的纵向去流方向；设计船尾纵剖线板厚延伸段和压浪板延伸段；为船尾纵剖线压浪板延伸段设计压浪角；确定船尾起始界线和尾端界限；把全部船尾纵剖线压浪板延伸段、压浪板起始界线和压浪板尾端界线组成一个三维光顺曲面；应用模型试验或者数值模拟方法优化压浪板的长度、宽度和压浪角度。本发明设计的船尾适配型压浪板，在任意横向位置处都与船体线型构成合适的压浪角度，可最大程度地发挥压浪作用，具有更好的减阻效果。

Description

一种船尾适配型压浪板的设计方法

技术领域

本发明涉及船尾压浪板的技术领域，尤其涉及一种船尾适配型压浪板的设计方法。

背景技术

在船尾加装压浪板是中、高速船舶上常用的一种简便有效的减阻装置，其减阻作用主要来源于对船尾兴波的抑制和对船舶航行姿态的调节。当前船舶行业内关于船尾压浪板的设计普遍采用一种较为简易的方法，按此方法设计的简易型船尾压浪板在几何外形上的一个典型特点是：当船舶无横倾静浮时，在不同船宽位置处，此类船尾压浪板下表面的纵向轮廓线相对水平线的下压角保持固定值。对于尾部曲面较为平坦的船型，不同船宽位置的纵剖线在尾封板处相对水平线的纵向去流角差异较小，采用所述简易设计方法设计的船尾压浪板，一般可取得较好的减阻效果。

但对于纵剖线在尾封板处相对水平线的纵向去流角沿船宽方向变化较大的船型，如果仍然采用所述简易设计方法设计的船尾压浪板，则在尾封板处纵剖线纵向去流方向相对水平线为下压趋势的宽度范围内，压浪板对前方来流的下压作用被削弱甚至可能丧失压浪作用；而在尾封板处纵剖线纵向去流方向相对水平线为上扬趋势的宽度范围内，在纵剖线去流端的上扬角度明显变大的区域，压浪板对前方来流的下压作用被明显加强，导致压浪板自身阻力明显增大，从而削弱其减阻效果甚至可能最终引起总阻力的增大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的与船尾线型适配的压浪板设计方法。

按本发明的设计方法设计的船尾压浪板，不仅可更好地适用于纵剖线在尾封板处的纵向去流角沿船宽方向变化较小的中、高速船型，而且对于纵剖线在尾封板处的纵向去流角沿船宽方向变化较大的中、高速船型，采用本发明的设计方法设计船尾压浪板，可获得更佳的减阻效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种船尾适配型压浪板的设计方法，包括如下步骤：

步骤S1：确定船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度；

步骤S2：提供目标船型船体线型的三维几何模型图，在所述船体线型的三维几何模型图上选取船体尾端面下方与船底面后方在所述最大允许宽度范围内的交线，所述交线称为船底尾端界线；

步骤S3：在所述最大允许宽度范围内，广泛选取多个典型横向位置，截取多条船体纵剖线；

步骤S4：对每一条所述船体纵剖线，选取其位于船底面上与所述船底尾端界线相交的一段线段，称之为船尾纵剖线去流段；选取其位于船体尾端面上与所述船底尾端界线相交的一段直线段，称之为船体尾端面纵剖线下段；

步骤S5：确定每一条所述船尾纵剖线去流段在与所述船底尾端界线的交点处的切线方向，所述切线方向称为船尾纵剖线去流段的纵向去流方向，其与水平线的交角称为船尾纵剖线去流段的纵向去流角；

步骤S6：使每一条所述船尾纵剖线去流段在与所述船底尾端界线的交点处沿所述船尾纵剖线去流段的纵向去流方向延伸一定长度，所述船尾纵剖线的延伸段在其对应的船体纵剖面内向船体尾端面纵剖线下段垂直方向投影的长度等于实船尾封板的板厚，将所述船尾纵剖线的延伸段称为船尾纵剖线板厚延伸段；

步骤S7：以每一条所述船尾纵剖线板厚延伸段的尾端点作为起点，继续沿所述船尾纵剖线去流段的纵向去流方向延伸，延伸长度取步骤S1所述船尾压浪板的最大允许长度，将所述延伸段称为船尾纵剖线压浪板延伸段；

步骤S8：将每一条所述船尾纵剖线压浪板延伸段绕其起始点(即所述船尾纵剖线板厚延伸段的尾端点)向下方(即吃水减小的方向)旋转一定角度，将所述角度称为所述船尾适配型压浪板的压浪角；

步骤S9：将全部所述船尾纵剖线压浪板延伸段的起始点(即所述船尾纵剖线板厚延伸段的尾端点)沿船宽方向按从左到右(或者从右到左)的顺序连成一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的起始界线；将全部所述船尾纵剖线压浪板延伸线段的尾端点按照所述相同顺序连成另一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的尾端界线；

步骤S10：在步骤S1所述船尾压浪板的最大允许宽度范围内，把沿船宽方向广泛选取的多个典型横向位置的船尾纵剖线压浪板延伸段、所述压浪板起始界线和所述压浪板尾端界线组成一个与船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面，把所述三维曲面作为所述船尾适配型压浪板下表面的初步方案；

步骤S11：以所述船尾适配型压浪板下表面的初步方案为基础，针对目标船的主要营运工况，确定目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状；

步骤S12：基于目标船较佳的所述船尾适配型压浪板下表面几何形状，开展结构分析和设计，确定可满足结构性能要求的所述船尾适配型压浪板的板厚，完成所述船尾适配型压浪板与目标船尾封板之间的支撑结构的设计。

进一步地，步骤S1中，所述船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度，根据目标船型的主尺度参数、船尾型线特点、结构限制等确定。

进一步地，步骤S2中，所述三维几何模型图以船长方向为纵向(前、后方向)，以船宽方向为横向(左、右方向)，以吃水方向为垂向(上、下方向)。

进一步地，步骤S3中，所述广泛选取多个典型横向位置包括选取最大允许宽度的边界位置，包括在船尾纵剖线的纵向去流方向急剧变化的局部区域加密选取横向位置。

进一步优选地，所述典型横向位置的数目和沿宽度方向的分布应根据目标船船尾曲面的实际情况选取，以保证在步骤S10中获得与所述船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面。

进一步地，步骤S6和步骤S7中，也可直接采用把船底曲面靠近船底尾端界线的部分曲面沿纵向延伸的方法，相当于所述选取的典型横向位置在所述最大允许宽度范围内均匀分布且数目趋于无穷多。

进一步地，步骤S9中，所述压浪板起始界线和所述压浪板尾端界线可以是直线，也可以是曲线。

进一步地，步骤S11中，所述目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状，采用模型试验或者数值计算方法，在步骤S1所述船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度范围内，对所述船尾适配型压浪板的长度、宽度和压浪角度等主要特征参数进行优化设计。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

采用本发明的设计方法设计的船尾适配型压浪板，在其覆盖的船宽范围内，在任意横向位置处都与船体线型构成合适的压浪角度，可最大程度的发挥压浪作用，有效避免了采用常规方法设计的船尾压浪板在船尾纵剖线去流段的纵向去流角沿船宽方向变化剧烈时局部丧失压浪作用或者因压浪角度过大导致增阻的问题，从而具有更好的减阻效果。

附图说明

图1是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的船体尾部分站横剖线图；

图2是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的典型横向位置处的船体尾部纵剖线图；

图3是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的典型横向位置处的船体尾部纵剖线去流段的去流方向示意图；

图4是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的典型横向位置处的船尾纵剖线板厚延伸段示意图；

图5是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的典型横向位置处的船尾纵剖线压浪板延伸段示意图；

图6是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的船尾带适配型压浪板的纵剖线图；

图7是本发明的船尾适配型压浪板的设计方法的船尾带适配型压浪板的尾视图；

图8是图7所述船尾带适配型压浪板的局部放大图；

其中，各附图标记为：

1-船底尾端界线；2-典型横向位置处的船体尾部纵剖线；3-船体尾端面纵剖线下段；4-水平线；5-船尾纵剖线去流段的纵向去流角；6-船尾纵剖线板厚延伸段；7-实船尾封板的板厚；8-无压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段；9-船尾压浪板的最大允许长度；10-船尾适配型压浪板的压浪角；11-有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段；12-船尾适配型压浪板的起始界线；13-船尾适配型压浪板的尾端界线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

本实施例提供一种船尾适配型压浪板的设计方法，如图1-8所示，具体包括如下步骤：

步骤S1：根据目标船型的主尺度参数、船尾型线特点、结构限制等，确定船尾压浪板的最大允许长度9和最大允许宽度bPmax；

步骤S2.1：得到目标船型船体线型的三维几何模型图，以船长方向为纵向(前、后方向)，以船宽方向为横向(左、右方向)，以吃水方向为垂向(上、下方向)；

步骤S2.2：如图1所示，在船体线型的三维几何模型图上，选取船体尾端面下方与船底面后方在所述最大允许宽度范围[-bPmax/2,bPmax/2]内的交线，所述交线称为船底尾端界线1；

步骤S3：如图1所示，在最大允许宽度范围[-bPmax/2,bPmax/2]内，广泛选取若干典型横向位置Yi，截取多条船体纵剖线2；

步骤S4：如图2所示，对截取的每一条船体纵剖线2，选取其位于船底面上与船底尾端界线1相交的一段线段，称之为船尾纵剖线去流段；选取其位于船体尾端面上与船底尾端界线相交的一段直线段，称之为船体尾端面纵剖线下段3；

步骤S5：如图3所示，确定每一条船尾纵剖线去流段在与船底尾端界线1的交点PH0处的切线方向，所述切线方向称为船尾纵剖线去流段的纵向去流方向，其与水平线4的交角称为该条船尾纵剖线去流段的纵向去流角5；

步骤S6：如图4所示，使每一条船尾纵剖线2的去流段在与尾端界线1的交点PH0处沿船尾纵剖线2的去流段的纵向去流方向延伸一定长度lt，所述延伸段在其对应的船体纵剖面(Y＝Yi)内向船体尾端面纵剖线下段的垂直方向投影的长度等于实船尾封板的板厚7，将所述船尾纵剖线的延伸段称为船尾纵剖线板厚延伸段6；

步骤S7：如图5所示，以每一条船尾纵剖线板厚延伸段6的尾端点Pti作为起点，继续沿该船尾纵剖线去流段的纵向去流方向延伸，延伸长度取步骤S1所述船尾压浪板的最大允许长度9，将该延伸段称为无压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段8；

步骤S8：如图5所示，将每一条无压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段8绕其起始点(即所述船尾纵剖线板厚延伸段6的尾端点Pti)向下方(即吃水减小的方向)旋转一定角度，将该角度称为船尾适配型压浪板的压浪角10，得到有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段11；

步骤S9：如图6-8所示，将全部所述有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段11的起始点(即所述船尾纵剖线板厚延伸段6的尾端点Pti)沿船宽方向按从左到右(或者从右到左)的顺序连成一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的起始界线12，将全部所述有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段11的尾端点PLi按照所述相同顺序连成另一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的尾端界线13；

步骤S10：如图7所示，在船尾压浪板的最大允许宽度范围[-bPmax/2,bPmax/2]内，把沿船宽方向广泛选取的多个典型横向位置Yi处的有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段11、所述压浪板起始界线12和所述压浪板尾端界线13组成一个与船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面，把所述三维曲面作为所述船尾适配型压浪板下表面的初步方案；

步骤S11：以S10中的船尾适配型压浪板下表面的初步方案为基础，针对目标船的主要营运工况，采用模型试验或者数值计算方法，在船尾压浪板的最大允许长度范围[0,lPmax]和最大允许宽度范围[-bPmax/2,bPmax/2]内，对所述船尾适配型压浪板的长度lP、宽度bP和压浪角度10等主要特征参数进行优化设计，确定目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状；

步骤S12：基于目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状，开展结构分析和设计，确定可满足结构性能要求的船尾适配型压浪板的板厚tP，完成所述船尾适配型压浪板与目标船尾封板之间的支撑结构的设计。

作为一个优选实施例，在步骤S3中，所述广泛选取多个典型横向位置包括选取最大允许宽度的边界位置(Yi＝-bPmax/2和Yi＝bPmax/2)，也包括在船尾纵剖线的纵向去流方向急剧变化的局部区域加密选取横向位置，具体的典型横向位置的数目和沿宽度方向的分布应根据目标船船尾曲面的实际情况选取，以保证在步骤S10中获得与所述船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面。

作为另一个优选实施例，步骤S6和步骤S7中，也可直接采用把船底曲面靠近船底尾端界线的部分曲面沿纵向延伸的方法，相当于所述选取的典型横向位置Yi在所述最大允许宽度范围[-bPmax/2,bPmax/2]内均匀分布且数目趋于无穷多。

作为另一个优选实施例，在所述步骤S9中，所述压浪板起始界线12和所述压浪板尾端界线13可以是直线，也可以是曲线。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：确定船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度；

步骤S2：提供目标船型船体线型的三维几何模型图，在所述船体线型的三维几何模型图上选取船体尾端面下方与船底面后方在所述最大允许宽度范围内的交线，所述交线称为船底尾端界线；

步骤S3：在所述最大允许宽度范围内，广泛选取多个典型横向位置，截取多条船体纵剖线；

步骤S4：对每一条所述船体纵剖线，选取其位于船底面上与所述船底尾端界线相交的一段线段，称之为船尾纵剖线去流段；选取其位于船体尾端面上与所述船底尾端界线相交的一段直线段，称之为船体尾端面纵剖线下段；

步骤S5：确定每一条所述船尾纵剖线去流段在与所述船底尾端界线的交点处的切线方向，所述切线方向称为船尾纵剖线去流段的纵向去流方向，其与水平线的交角称为所述船尾纵剖线去流段的纵向去流角；

步骤S6：使每一条所述船尾纵剖线的去流段在与所述船底尾端界线的交点处沿所述船尾纵剖线去流段的纵向去流方向延伸一定长度，所述船尾纵剖线的延伸段在其对应的船体纵剖面内向船体尾端面纵剖线下段垂直方向投影的长度等于实船尾封板的板厚，将所述船尾纵剖线的延伸段称为船尾纵剖线板厚延伸段；

步骤S7：以每一条所述船尾纵剖线板厚延伸段的尾端点作为起点，继续沿所述船尾纵剖线去流段的纵向去流方向延伸，延伸长度取步骤S1所述船尾压浪板的最大允许长度，将所述延伸段称为无压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段；

步骤S8：将每一条所述无压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段绕其起始点向下方旋转一定角度，将所述角度称为所述船尾适配型压浪板的压浪角，得到有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段；

步骤S9：将全部所述有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段的起始点沿船宽方向按顺序连成一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的起始界线；将全部所述有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸线段的尾端点按照相同顺序连成另一条光顺的线段，称为所述船尾适配型压浪板的尾端界线；

步骤S10：在步骤S1所述船尾压浪板的最大允许宽度范围内，把沿船宽方向广泛选取的多个典型横向位置的所述有压浪角状态的船尾纵剖线压浪板延伸段、所述压浪板起始界线和所述压浪板尾端界线组成一个与船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面，把所述三维光顺曲面作为所述船尾适配型压浪板下表面的初步方案；

步骤S11：以所述船尾适配型压浪板下表面的初步方案为基础，针对目标船的主要营运工况，确定目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状；

步骤S12：基于目标船较佳的所述船尾适配型压浪板下表面几何形状，开展结构分析和设计，确定可满足结构性能要求的所述船尾适配型压浪板的板厚，完成所述船尾适配型压浪板与目标船尾封板之间的支撑结构的设计。

2.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度，根据目标船型的主尺度参数、船尾型线特点、结构限制确定。

3.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述三维几何模型图以船长方向为纵向，以船宽方向为横向，以吃水方向为垂向。

4.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S3中，所述广泛选取多个典型横向位置包括选取最大允许宽度的边界位置，包括在船尾纵剖线的纵向去流方向急剧变化的局部区域加密选取横向位置。

5.根据权利要求4所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，所述典型横向位置的数目和沿宽度方向的分布应根据目标船船尾曲面的实际情况选取，以保证在步骤S10中获得与所述船体尾部形状连续适配的三维光顺曲面。

6.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S6和步骤S7中，直接采用把船底曲面靠近船底尾端界线的部分曲面沿纵向延伸的方法，相当于所述选取的典型横向位置在所述最大允许宽度范围内均匀分布且数目趋于无穷多。

7.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S9中，所述压浪板起始界线和所述压浪板尾端界线是直线，或是曲线。

8.根据权利要求1所述的船尾适配型压浪板的设计方法，其特征在于，步骤S11中，所述目标船较佳的船尾适配型压浪板下表面几何形状，采用模型试验或者数值计算方法，在步骤S1所述船尾压浪板的最大允许长度和最大允许宽度范围内，对所述船尾适配型压浪板的长度、宽度和压浪角度主要特征参数进行优化设计。

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