小水線面雙體船附連水質量計算方法的多維度探究與創(chuàng)新一、緒論1.1研究背景隨著全球海洋開發(fā)活動的日益頻繁以及海上運輸需求的不斷增長，對船舶性能的要求也越發(fā)嚴苛。在眾多船型中，小水線面雙體船（SmallWaterplaneAreaTwinHull，SWATH）憑借其獨特的優(yōu)勢，在近幾十年間得到了廣泛關注與迅速發(fā)展。小水線面雙體船最早可追溯到19世紀的設想，直到1973年，美國建成了世界上第一艘小水線面雙體船“卡瑪林諾”號海上靶場試驗保障船，其成功服役標志著小水線面雙體船從理論走向實踐。此后，小水線面雙體船在各國得到了迅猛發(fā)展。美國在1983年建成“海影”號隱身先進技術演示船，展示了該船型在未來高性能船和水面艦艇領域的重要地位；1991年又建成“勝利”號，這是世界上首次成批建造的小水線面雙體船。日本在小水線面雙體船的開發(fā)上采取試制、試用、營運，再開發(fā)、再推廣、再提高完善的技術路線，其海鷗2型高速客運渡船基本實現(xiàn)全海候運營。在亞洲，韓國也積極投身于小水線面雙體船的研發(fā)，建造了試驗保障船。歐洲的英國、德國、芬蘭等國家同樣在小水線面雙體船領域有所建樹，分別建造了軍用交通艇、水下系統(tǒng)研究試驗船以及萬噸級小水線面雙體豪華旅游船等。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2000年末，全球已建成的小水線面雙體船為57艘，如今，其數(shù)量和應用領域仍在不斷拓展。在我國，對小水線面雙體船的研究始于20世紀70年代中期。中國船舶科學研究中心、大連理工大學等科研院校借助自身試驗環(huán)境，對小水線面雙體船的船型優(yōu)化、阻力性能、耐波性能以及縱向運動穩(wěn)定性展開研究，并進行了大尺度船模試驗。中國艦船研究設計中心、中國船舶及海洋工程設計研究院等單位則開展了軍用與民用方案的設計應用研究。2001年4月，我國第一艘小水線面雙體船交付使用，作為一型海關監(jiān)管船，主要用于珠江口執(zhí)行反走私任務。2004年，中國艦船研究設計中心與中國船舶科學研究中心聯(lián)合設計了1500t小水線面雙體工作船，該船采用雙機、雙槳、雙舵、前后雙鰭，采用電力推進系統(tǒng)，是國內首艘進行電力推進的小水線面雙體船。小水線面雙體船之所以備受青睞，是因為其具備諸多顯著優(yōu)點。在耐波性方面，小水線面雙體船的排水容積大部分深浸于水中，支柱的水線面積很小，當它在波浪中航行時，所受到的波浪擾動力比常規(guī)單體船和常規(guī)雙體船小很多。例如，將我國第一艘小水線面雙體船與三艘排水量相當?shù)膯误w海關艇、漁政艇、拖船在同一海區(qū)、五級海況中作停航試驗比較，小水線面雙體船橫搖角度最小，只有2-3度，而其他船橫搖角度一般達到十幾度，有的船橫搖達25度左右，且小水線面艇上無一人暈船，而其他船上部分人員暈船。此外，小水線面雙體船還具有甲板面積大的優(yōu)勢，為布置各種設備、武備、艙室、直升機或集裝箱貨物等提供了廣闊空間；其穩(wěn)性、操縱性、高速時的快速性均優(yōu)于普通船型。然而，小水線面雙體船在具備優(yōu)勢的同時，也存在一些劣勢。例如，其低速時的功率消耗較大，吃水較深，為保證其縱向運動穩(wěn)定性需加裝自動控制水平鰭，這無疑增加了技術的復雜性和造價。此外，由于其獨特的雙體結構，存在著特殊的流態(tài)特性，這使得雙體船在一定程度上存在水動力學問題，其中附連水便是最為關鍵的一環(huán)。附連水是指雙體船兩船體之間和船舵附近的局部流場，是影響雙體船水動力性能的重要因素。當船舶在水中運動時，環(huán)繞在船體周圍的水也會隨之運動，這部分參與船體振動的等效質量被稱為附連水質量，其具有與船體質量同階甚至更大的量值，可使船體自由振動頻率大大降低。附連水質量對小水線面雙體船的影響是多方面的。在船舶的振動特性方面，附連水質量的存在改變了船體的等效質量，進而影響船體的固有頻率和振動模態(tài)。在船舶的操縱性能上，附連水的流動會產生額外的作用力和力矩，對船舶的轉向、加速、減速等操縱動作產生影響。在船舶的耐波性能方面，附連水與船體的相互作用會改變船舶在波浪中的運動響應，影響船舶的舒適性和安全性。準確計算附連水質量對于深入理解小水線面雙體船的水動力性能、優(yōu)化船舶設計、提高船舶的安全性和經濟性具有至關重要的意義。目前，雖然針對船舶附連水質量的計算方法有多種，如基于水動力學中的傳統(tǒng)方法（如Green函數(shù)法、Panel法）以及近年來發(fā)展起來的CFD（計算流體動力學）方法等，但對于小水線面雙體船附連水質量的計算方法仍比較匱乏，現(xiàn)有的計算方法在準確性、計算效率以及適用范圍等方面存在一定的局限性。因此，開展小水線面雙體船附連水質量計算方法的研究具有重要的理論意義和實際工程應用價值。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探究小水線面雙體船附連水質量的計算方法，以填補該領域在計算方法方面的不足，提升小水線面雙體船水動力性能分析的準確性和可靠性，為船舶的設計、優(yōu)化以及實際應用提供堅實的理論支撐和技術保障。具體而言，研究目的主要體現(xiàn)在以下幾個方面：建立準確的計算方法：通過對小水線面雙體船附連水質量的深入研究，綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試等多種手段，建立一套科學、準確、高效的附連水質量計算方法。該方法能夠充分考慮小水線面雙體船的獨特結構和流態(tài)特性，克服現(xiàn)有計算方法的局限性，提高計算結果的精度和可靠性。分析影響因素與規(guī)律：深入分析影響小水線面雙體船附連水質量的各種因素，如船體形狀、片體間距、航速、波浪條件等，揭示這些因素與附連水質量之間的內在聯(lián)系和變化規(guī)律。通過對影響因素和規(guī)律的掌握，為船舶設計過程中的參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)，使設計出的船舶具有更優(yōu)的水動力性能。驗證與優(yōu)化計算方法：利用數(shù)值模擬和實驗測試對所建立的計算方法進行全面驗證和優(yōu)化。通過數(shù)值模擬，可以快速、靈活地改變計算參數(shù)，對不同工況下的附連水質量進行計算和分析；實驗測試則能夠提供真實可靠的數(shù)據(jù)，用于驗證計算方法的準確性和有效性。根據(jù)數(shù)值模擬和實驗測試的結果，對計算方法進行不斷優(yōu)化和改進，使其更加完善和實用。小水線面雙體船附連水質量計算方法的研究具有重要的理論意義和實際工程應用價值，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：理論意義：豐富和完善小水線面雙體船水動力學理論體系。附連水質量是小水線面雙體船水動力性能的重要影響因素之一，準確計算附連水質量對于深入理解船舶在水中的運動機理和水動力特性具有關鍵作用。通過本研究，能夠進一步揭示附連水與船體之間的相互作用規(guī)律，為小水線面雙體船水動力學理論的發(fā)展提供新的思路和方法，推動該領域理論研究的深入開展。為船舶結構動力學分析提供更準確的基礎數(shù)據(jù)。在船舶結構動力學分析中，附連水質量的準確計算對于確定船體的振動特性、疲勞壽命等參數(shù)至關重要。本研究建立的準確計算方法能夠為船舶結構動力學分析提供更可靠的附連水質量數(shù)據(jù)，提高分析結果的準確性和可靠性，從而為船舶結構的優(yōu)化設計和安全性評估提供有力支持。實際工程應用價值：指導小水線面雙體船的設計與優(yōu)化。在船舶設計階段，準確計算附連水質量可以幫助設計人員更好地了解船舶的水動力性能，優(yōu)化船體結構和形狀參數(shù)，提高船舶的穩(wěn)定性、操縱性、耐波性和快速性等性能指標。例如，通過合理調整片體間距和船體形狀，可以減小附連水質量對船舶性能的不利影響，降低船舶的阻力和能耗，提高船舶的經濟性。同時，優(yōu)化后的船舶設計還能夠提高船舶的安全性和舒適性，滿足不同用戶的需求。提高小水線面雙體船的運營效率和安全性。在船舶實際運營過程中，準確掌握附連水質量對于船舶的航行安全和運營效率具有重要意義。通過本研究提供的計算方法，船舶運營人員可以根據(jù)不同的航行條件和裝載情況，準確計算附連水質量，合理調整船舶的航速和航向，避免因附連水質量的影響而導致船舶發(fā)生事故或降低運營效率。此外，準確的附連水質量計算還可以為船舶的維修和保養(yǎng)提供參考依據(jù)，延長船舶的使用壽命。推動小水線面雙體船在海洋工程領域的廣泛應用。隨著海洋資源開發(fā)和海上運輸業(yè)的不斷發(fā)展，對高性能船舶的需求日益增長。小水線面雙體船憑借其獨特的優(yōu)勢，在海洋工程領域具有廣闊的應用前景。本研究的成果可以為小水線面雙體船在海洋調查、海上作業(yè)、海上運輸?shù)阮I域的應用提供技術支持，促進小水線面雙體船的推廣和應用，推動海洋工程技術的發(fā)展和進步。1.3國內外研究現(xiàn)狀小水線面雙體船自問世以來，在國內外都受到了廣泛關注，眾多學者和科研機構圍繞其開展了大量研究，涉及船舶的設計、性能分析以及關鍵技術攻克等多個方面。在附連水質量計算這一關鍵領域，國內外的研究也取得了一定進展。國外在小水線面雙體船的研發(fā)和應用方面起步較早。美國作為小水線面雙體船發(fā)展的先驅國家，早在20世紀70年代就建成了世界上第一艘小水線面雙體船“卡瑪林諾”號，隨后在80年代建成“海影”號隱身先進技術演示船，90年代建成“勝利”號等。這些實踐為美國在小水線面雙體船的研究提供了豐富的工程經驗，也推動了相關理論研究的深入開展。在附連水質量計算研究上，美國的一些高校和科研機構采用邊界元法對小水線面雙體船的水動力性能進行研究，其中就涉及到附連水質量的計算。邊界元法通過將流體區(qū)域的邊界離散化，將偏微分方程轉化為邊界積分方程進行求解，在處理無限域流體問題上具有獨特優(yōu)勢。他們利用該方法分析船體周圍的流場，進而計算出附連水質量，并通過實驗對計算結果進行驗證，研究成果在一定程度上揭示了附連水質量與船體結構、運動狀態(tài)之間的關系。日本在小水線面雙體船領域也取得了顯著成就，如海鷗2型高速客運渡船基本實現(xiàn)全海候運營。日本的科研人員在附連水質量計算方面，結合CFD方法進行研究。CFD方法基于計算流體力學原理，通過數(shù)值求解Navier-Stokes方程來模擬流體的流動。他們利用CFD軟件對小水線面雙體船在不同工況下的流場進行數(shù)值模擬，詳細分析了附連水的流動特性以及附連水質量的變化規(guī)律。通過CFD模擬，可以直觀地觀察到附連水在船體周圍的流動形態(tài)，為深入理解附連水與船體的相互作用提供了有力工具。同時，日本還注重將理論研究與實際工程應用相結合，將附連水質量計算成果應用于船舶設計優(yōu)化中，提高船舶的綜合性能。在國內，對小水線面雙體船的研究雖然起步相對較晚，但發(fā)展迅速。20世紀70年代中期開始，中國船舶科學研究中心、大連理工大學等科研院校積極開展相關研究，對小水線面雙體船的船型優(yōu)化、阻力性能、耐波性能以及縱向運動穩(wěn)定性等方面進行了深入探索，并進行了大尺度船模試驗。在附連水質量計算研究方面，國內學者也做出了諸多努力。一些研究人員基于勢流理論，采用面元法計算小水線面雙體船的附連水質量。面元法是將船體表面劃分成一系列小的面元，通過求解每個面元上的源匯分布來確定流場速度勢，進而計算出附連水質量。這種方法計算效率較高，在一定程度上能夠滿足工程計算的需求。此外，隨著國內計算技術的不斷發(fā)展，CFD方法在附連水質量計算中的應用也越來越廣泛。科研人員通過自主研發(fā)或使用商業(yè)CFD軟件，對小水線面雙體船的附連水問題進行數(shù)值模擬研究，取得了一系列有價值的成果。同時，國內還開展了相關的實驗研究，通過建造小水線面雙體船模型，在水池中進行試驗，測量船舶在不同工況下的運動響應和附連水質量等參數(shù)，為理論和數(shù)值計算提供了實驗驗證依據(jù)。然而，目前國內外對于小水線面雙體船附連水質量計算方法的研究仍存在一些不足。一方面，現(xiàn)有的計算方法在準確性和計算效率之間難以達到完美平衡。例如，一些基于理論公式的計算方法雖然計算效率較高，但由于對實際流場的簡化較多，導致計算結果的準確性有限；而CFD方法雖然能夠更準確地模擬流場，但計算量龐大，計算時間長，對計算資源要求較高，難以滿足工程實際中快速計算的需求。另一方面，對于一些復雜工況下的附連水質量計算，如在不規(guī)則波浪中、多體相互作用等情況下，現(xiàn)有的計算方法還存在較大的局限性，計算結果的可靠性有待進一步提高。此外，不同計算方法之間的對比和驗證工作還不夠充分，缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范，這也給工程應用帶來了一定的困擾。1.4研究內容與方法1.4.1研究內容小水線面雙體船附連水質量計算理論研究：深入剖析小水線面雙體船附連水的形成機制，從理論層面闡釋附連水質量的產生根源，為后續(xù)計算方法的研究奠定基礎。全面梳理和深入分析現(xiàn)有的附連水質量計算理論，如基于勢流理論的面元法、邊界元法，以及基于粘性流體理論的CFD方法等，明確各理論的適用范圍、優(yōu)勢與局限性。以小水線面雙體船的獨特結構為切入點，結合船舶在不同工況下的運動特點，對現(xiàn)有計算理論進行適應性改進，使其更貼合小水線面雙體船附連水質量計算的實際需求。影響小水線面雙體船附連水質量的因素分析：選取具有代表性的小水線面雙體船船型，構建不同船體形狀參數(shù)（如片體的長寬比、橫剖面形狀、支柱的形狀和尺寸等）的模型，通過理論計算和數(shù)值模擬，研究船體形狀對附連水質量的影響規(guī)律，為船舶設計中的船體形狀優(yōu)化提供依據(jù)。設定不同的片體間距，分析片體間距變化時附連水質量的改變情況，探究片體間距與附連水質量之間的定量關系，確定在保證船舶性能的前提下，使附連水質量達到最優(yōu)的片體間距范圍。模擬小水線面雙體船在不同航速下的運動狀態(tài)，計算不同航速對應的附連水質量，分析航速對附連水質量的影響趨勢，明確航速與附連水質量之間的內在聯(lián)系，為船舶航行速度的合理選擇提供參考?？紤]不同波浪條件（如波浪的頻率、波高、波長等）對小水線面雙體船附連水質量的影響，通過數(shù)值模擬和實驗研究，揭示波浪條件與附連水質量之間的復雜關系，為船舶在復雜海況下的航行安全提供保障。小水線面雙體船附連水質量計算方法的建立與驗證：在對計算理論和影響因素深入研究的基礎上，綜合考慮小水線面雙體船的結構特點和實際運行工況，建立一套適用于小水線面雙體船附連水質量計算的新方法。該方法應充分融合多種計算理論的優(yōu)勢，兼顧計算效率和準確性。利用專業(yè)的CFD軟件，對小水線面雙體船在不同工況下的流場進行數(shù)值模擬，獲取船體周圍的流場信息，進而計算出附連水質量。將數(shù)值模擬結果與理論計算結果進行對比分析，驗證計算方法的準確性和可靠性。同時，通過改變數(shù)值模擬的參數(shù)和條件，對計算方法進行優(yōu)化和改進。按照相似性原理，設計并制作小水線面雙體船的縮比模型，在實驗水池中進行模型試驗。通過測量模型在不同工況下的運動響應和周圍流場的參數(shù)，計算出附連水質量的實驗值。將實驗結果與數(shù)值模擬和理論計算結果進行對比驗證，進一步完善計算方法，確保其能夠準確地應用于實際船舶的附連水質量計算。計算結果分析與應用：對通過理論計算、數(shù)值模擬和實驗測試得到的附連水質量計算結果進行全面、系統(tǒng)的分析，總結小水線面雙體船附連水質量在不同工況下的變化規(guī)律和特點。深入探究附連水質量對小水線面雙體船水動力性能（如阻力性能、耐波性能、操縱性能等）的影響機制，為船舶性能的優(yōu)化提供理論依據(jù)。將建立的附連水質量計算方法應用于實際小水線面雙體船的設計和優(yōu)化過程中，根據(jù)計算結果對船舶的結構參數(shù)和運行參數(shù)進行調整和優(yōu)化，提高船舶的綜合性能。例如，通過優(yōu)化船體形狀和片體間距，減小附連水質量對船舶阻力的影響，提高船舶的燃油經濟性；通過合理調整船舶的航行速度，降低附連水質量對船舶操縱性能的干擾，提高船舶的航行安全性。1.4.2研究方法理論分析法：從水動力學的基本原理出發(fā)，運用勢流理論、粘性流體理論等經典理論，推導適用于小水線面雙體船附連水質量計算的理論公式。深入研究小水線面雙體船的結構特點和運動特性，結合理論公式，分析附連水質量與船體結構、運動狀態(tài)之間的關系，為計算方法的建立提供理論支撐。對現(xiàn)有的附連水質量計算方法進行全面的理論分析和比較，明確各種方法的優(yōu)缺點和適用范圍，在此基礎上對現(xiàn)有方法進行改進和創(chuàng)新，以滿足小水線面雙體船附連水質量計算的特殊需求。數(shù)值模擬法：借助專業(yè)的CFD軟件，如Fluent、CFX等，建立小水線面雙體船的三維數(shù)值模型。對計算區(qū)域進行合理的網格劃分，設置準確的邊界條件和初始條件，確保數(shù)值模擬的準確性和可靠性。通過數(shù)值模擬，求解Navier-Stokes方程或其他相關的流體力學方程，獲得小水線面雙體船周圍的流場信息，包括速度場、壓力場等。根據(jù)流場信息，利用相關的算法和公式計算出附連水質量。通過改變數(shù)值模擬的參數(shù)，如船體形狀、片體間距、航速、波浪條件等，研究不同因素對附連水質量的影響規(guī)律，為船舶設計和性能優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。實驗測試法：根據(jù)相似性原理，設計并制作小水線面雙體船的縮比模型。模型的設計應充分考慮與實際船舶的幾何相似性、運動相似性和動力相似性，以確保實驗結果的可靠性和有效性。在實驗水池中搭建實驗測試平臺，安裝各種測量設備，如壓力傳感器、加速度傳感器、流速儀等，用于測量模型在不同工況下的運動響應和周圍流場的參數(shù)。通過模型試驗，測量小水線面雙體船模型在不同工況下的附連水質量，以及與附連水質量相關的其他物理量，如船體表面的壓力分布、流場的速度分布等。將實驗測量結果與理論計算和數(shù)值模擬結果進行對比分析，驗證計算方法的準確性和可靠性，同時為理論研究和數(shù)值模擬提供實驗數(shù)據(jù)支持。二、小水線面雙體船概述2.1基本結構與特點小水線面雙體船作為一種獨特的船型，其基本結構由水上平臺、水下浮體和連接兩者的支柱三部分構成。這種結構設計使其在性能上呈現(xiàn)出諸多與傳統(tǒng)船型不同的特點。從結構組成來看，水上平臺，也被稱為上船體或箱體，通常采用鋼結構、鋁合金或玻璃鋼等材料建造。由于對其阻力性能要求相對較低，因此上船體一般設計為較為簡單的長方形造型，內部空間可靈活設置各種艙室，頂部則形成寬闊的甲板平臺。這一寬闊的甲板平臺為布置各類設備、武器裝備、艙室、直升機起降點或用于裝載集裝箱貨物等提供了充足的空間，是小水線面雙體船在空間利用方面的一大優(yōu)勢。例如，在一些用于海上作業(yè)的小水線面雙體船上，甲板上可安裝大型的作業(yè)設備，如海洋探測儀器、海上鉆井設備等；在軍用小水線面雙體船上，甲板可布置武器系統(tǒng)和通信設備等。水下浮體，即下潛體或下船體，是兩個彼此平行且相互對稱的流線型箱體結構。在正常航行狀態(tài)下，這兩個下潛體完全沒入水中，承擔著提供小水線面雙體船主要浮力的關鍵作用。同時，推進器或推進器傳動機構、穩(wěn)定鰭的控制執(zhí)行機構以及各種油水艙等重要部件也大多布置在下潛體內。這種布局方式不僅有助于提高船舶的穩(wěn)定性，還能使推進器在相對穩(wěn)定的水流環(huán)境中工作，減少水流的干擾，提高推進效率。以某型小水線面雙體船為例，其水下浮體的設計經過了多次優(yōu)化，通過調整浮體的形狀和內部結構，使得船舶在不同海況下都能保持良好的浮力分布和穩(wěn)定性。支柱體是連接上船體和下潛體的關鍵部分，其橫截面呈流線型。支柱從下潛體向上穿過水面與上船體相連，將上船體與下潛體緊密地構成一個整體，同時也是上、下船體之間的重要通道。支柱的水線面積很小，這是小水線面雙體船得名的主要原因之一。較小的水線面積使得船舶在波浪中航行時，受到的波浪擾動力大幅減小，從而顯著降低興波阻力，有效減弱海浪對船舶的干擾作用，減少船舶在波浪中的搖蕩運動和波浪拍擊，這對提高船舶的耐波性具有重要意義。小水線面雙體船的結構特點決定了其具有一系列獨特的性能特點。在耐波性方面，小水線面雙體船表現(xiàn)出色。由于其排水容積大部分深浸于水中，遠離水表面的下潛體占據(jù)了排水量的大部分，當船舶在波浪中航行時，所受到的波浪擾動力比常規(guī)單體船和常規(guī)雙體船小很多。相關研究表明，小水線面雙體船千噸級的橫搖周期與萬噸級的單體船相當，橫向運動小，這使得船舶在惡劣海況下能夠保持相對穩(wěn)定的航行狀態(tài)。此外，小水線面雙體船的幾何形狀變化調整空間較大，設計人員可以通過改變下潛體的幾何形狀、重量分布等多種手段，調整船舶的垂蕩、縱搖和橫搖運動固有周期，使其避開海區(qū)中波浪出現(xiàn)頻率高的周期，從而進一步降低船舶在海上的運動響應，提高航行的舒適性和安全性。推進效率高也是小水線面雙體船的一大優(yōu)勢。其螺旋槳安裝在水下潛體尾部，工作區(qū)域伴流均勻，船身效率較高。同時，螺旋槳浸深較大，直徑幾乎不受限制，可采用大直徑和低轉速的螺旋槳，這有助于提高推進效率，降低能耗。例如，在一些高速小水線面雙體船上，通過優(yōu)化螺旋槳的設計和安裝位置，使其推進效率比傳統(tǒng)船型提高了10%-20%，在節(jié)省燃油消耗的同時，還能提高船舶的航速。在操縱性方面，小水線面雙體船同樣具有良好的表現(xiàn)。水下潛體與支柱相連的結構形成了較大的水下側面積，這有效保證了船舶的航向穩(wěn)定性。此外，小水線面雙體船一般采用雙槳設計，兩個橫向距離較遠的螺旋槳正反轉時能夠產生較大的回轉力矩，使得船舶的回轉性較好，能夠靈活地進行轉向、加速、減速等操縱動作，適應不同的航行環(huán)境和作業(yè)需求。小水線面雙體船也存在一些劣勢。其低速時的功率消耗較大，這是由于其特殊的結構導致在低速航行時，船體與水的摩擦阻力相對較大。此外，小水線面雙體船的吃水較深，這對港口和航道的水深條件提出了較高的要求，限制了其在一些淺水區(qū)域的使用。為保證其縱向運動穩(wěn)定性，通常需要加裝自動控制水平鰭，這不僅增加了技術的復雜性，還提高了船舶的造價和維護成本。2.2工作原理與應用領域小水線面雙體船的工作原理基于其獨特的結構設計，通過減小水線面面積，利用水下浮體提供主要浮力，從而實現(xiàn)船舶在復雜海況下的穩(wěn)定航行。其水線面積僅相當于排水量相同的普通船只的1/4左右，這種設計使得船舶在波浪中受到的擾動力大幅減小。當船舶在波浪中航行時，遠離水表面的水下浮體占據(jù)了排水量的大部分，波浪對其產生的擾動力比常規(guī)單體船和常規(guī)雙體船小很多。同時，較小的水線面面積也大大減小了興波阻力，有效減弱了海浪的干擾作用，減少了船舶在波浪中的搖蕩運動和波浪拍擊，顯著提高了船舶的耐波性。小水線面雙體船憑借其獨特的性能優(yōu)勢，在軍事和民用等多個領域得到了廣泛應用。在軍事領域，小水線面雙體船具有重要的應用價值。由于其良好的耐波性和穩(wěn)定性，能夠在惡劣海況下保持相對穩(wěn)定的航行狀態(tài)，為軍事行動提供了可靠的平臺。例如，美國海軍的“勝利”級海洋監(jiān)視船采用小水線面雙體船設計，在惡劣天氣條件下以較低速度在高緯度地區(qū)航行時具有更大的穩(wěn)定性。該型船安裝有SURTASS系統(tǒng)，在海上航行時實施拖曳偵察，能夠有效地搜集海底聲學數(shù)據(jù)，為反潛作戰(zhàn)任務提供有力支持。小水線面雙體船寬大的甲板面積和良好的操縱性也使其適合作為武器裝備的搭載平臺和作戰(zhàn)指揮平臺。其寬大的甲板可以布置各種武器系統(tǒng)，如導彈發(fā)射裝置、火炮等，增強艦艇的作戰(zhàn)能力；良好的操縱性則使得艦艇能夠在復雜的海戰(zhàn)環(huán)境中靈活機動，迅速響應作戰(zhàn)指令。在民用領域，小水線面雙體船同樣發(fā)揮著重要作用。在海上作業(yè)方面，小水線面雙體船的耐波性和穩(wěn)定性使其能夠在惡劣海況下進行海洋資源勘探、海上鉆井平臺的物資運輸?shù)裙ぷ?。例如，在深海石油勘探中，小水線面雙體船可以搭載各種勘探設備，在波浪較大的海域穩(wěn)定作業(yè)，提高勘探效率和準確性。在交通客運領域，小水線面雙體船的舒適性和快速性得到了充分體現(xiàn)。日本的海鷗2型高速客運渡船基本上達到全海候運營，為旅客提供了安全、舒適、快速的海上運輸服務。在旅游娛樂領域，小水線面雙體船也逐漸嶄露頭角。芬蘭建造的世界最大的萬噸級小水線面雙體豪華旅游船，憑借其寬敞的甲板空間和良好的航行性能，為游客提供了獨特的海上旅游體驗。三、附連水質量的理論基礎3.1附連水的形成與作用當小水線面雙體船在水中運動時，船體與水之間存在相對運動，由于流體的粘性作用，環(huán)繞在船體周圍的一部分水會被帶動起來，這部分水就形成了附連水。附連水的形成與船體的形狀、運動狀態(tài)以及流體的物理性質密切相關。從船體形狀來看，小水線面雙體船獨特的雙體結構和較小的水線面面積，使得其周圍的流場分布與常規(guī)單體船有很大不同。例如，雙體船的片體之間會形成復雜的流場，水流在片體之間相互作用，導致附連水的分布更加復雜。在運動狀態(tài)方面，船舶的前進速度、橫搖、縱搖和垂蕩等運動都會影響附連水的形成和分布。當船舶加速或減速時，附連水需要克服慣性力，其運動狀態(tài)也會相應改變，從而影響附連水質量的大小。附連水對小水線面雙體船的運動和水動力性能有著至關重要的作用。在船舶的振動特性方面，附連水質量的存在相當于增加了船體的等效質量。根據(jù)振動理論，物體的振動頻率與質量成反比，附連水質量的增加使得船體的固有頻率降低，改變了船體的振動模態(tài)。例如，在船體的垂向振動中，附連水質量會使垂向振動的固有頻率減小，導致船體在受到外界激勵時更容易發(fā)生共振現(xiàn)象，影響船舶結構的安全性和舒適性。研究表明，對于一些小水線面雙體船，附連水質量可使船體垂向振動固有頻率降低10%-20%。在船舶的操縱性能上，附連水同樣產生重要影響。當船舶進行轉向、加速、減速等操縱動作時，附連水的流動會產生額外的作用力和力矩。在船舶轉向時，附連水的慣性力會對船舶的回轉中心和回轉半徑產生影響，使得船舶的轉向性能發(fā)生變化。如果附連水質量計算不準確，可能導致船舶在操縱過程中出現(xiàn)響應延遲、操縱不靈活等問題，影響船舶的航行安全。此外，附連水還會影響船舶的阻力性能。附連水的存在增加了船體與水之間的相互作用面積和摩擦力，使得船舶在航行過程中需要克服更大的阻力，從而增加了船舶的能耗。在船舶的耐波性能方面，附連水與船體的相互作用會改變船舶在波浪中的運動響應。當船舶在波浪中航行時，附連水會隨著船體一起運動，其慣性力和附加質量會對船舶的橫搖、縱搖和垂蕩運動產生影響。在橫搖運動中，附連水質量會增加船舶的橫搖慣性矩，使得船舶的橫搖周期變長，橫搖幅值減小，提高了船舶在波浪中的穩(wěn)定性。然而，如果附連水質量過大，也可能導致船舶的橫搖阻尼減小，使得船舶在橫搖過程中難以恢復到平衡位置，增加船舶在波浪中的失穩(wěn)風險。3.2附連水質量的概念與影響因素附連水質量是指當船舶在水中運動時，環(huán)繞在船體周圍的這部分參與船體振動的等效水的質量。從本質上來說，它是由于船舶運動帶動周圍水體一起運動，這部分被帶動的水體對船舶運動產生慣性作用的一種量化體現(xiàn)。當船舶在水中加速、減速或者進行各種搖蕩運動時，附連水會隨著船體的運動而改變其運動狀態(tài)，從而對船體產生附加的慣性力，這種慣性力的大小與附連水質量密切相關。在船舶的振動分析中，附連水質量被視為船體質量的一部分，與船體自身質量共同影響著船舶的振動特性。例如，在計算船舶的固有頻率時，附連水質量的增加會使船舶的等效質量增大，進而導致固有頻率降低。附連水質量受到多種因素的影響，這些因素相互作用，共同決定了附連水質量的大小和分布。船體形狀是影響附連水質量的重要因素之一。不同的船體形狀會導致周圍流場的分布不同，從而影響附連水的形成和分布。對于小水線面雙體船來說，其獨特的雙體結構和較小的水線面面積使得附連水的分布較為復雜。片體的長寬比會影響附連水質量。當片體的長度增加而寬度相對較小時，片體周圍的流場會更加細長，附連水在長度方向上的分布會更加均勻，這可能導致附連水質量在長度方向上的分量增加；而當片體寬度增加時，附連水在寬度方向上的分布會更加集中，附連水質量在寬度方向上的分量可能會增大。橫剖面形狀也對附連水質量有顯著影響。如果橫剖面形狀較為圓潤，如采用圓形或橢圓形的橫剖面，水流在船體周圍的流動會更加順暢，附連水與船體的相互作用相對較弱，附連水質量可能相對較??；而如果橫剖面形狀較為尖銳，如采用V形或U形的橫剖面，水流在船體周圍容易產生分離和漩渦，附連水與船體的相互作用增強，附連水質量可能會增大。運動狀態(tài)對附連水質量的影響也不容忽視。船舶的運動狀態(tài)包括前進速度、橫搖、縱搖和垂蕩等。在前進速度方面，隨著船舶前進速度的增加，附連水的動能也會增加，這使得附連水質量對船舶運動的影響更加顯著。當船舶加速前進時，附連水需要克服更大的慣性力來跟隨船體運動，從而導致附連水質量對船舶運動的阻力增加；而在減速時，附連水的慣性會使船舶的減速過程變得更加緩慢。在橫搖運動中，船舶的橫搖角度和頻率會影響附連水質量。較大的橫搖角度會使船體一側的附連水受到更大的擠壓和拉伸，導致附連水質量在橫搖方向上的分布發(fā)生變化；較高的橫搖頻率則會使附連水的慣性力增大，進而影響船舶的橫搖穩(wěn)定性。流體的物理性質同樣會對附連水質量產生影響。流體的密度和粘性是兩個關鍵的物理性質。流體密度越大，相同體積的附連水質量就越大。在密度較大的海水中，船舶的附連水質量要比在密度較小的淡水中大，這使得船舶在海水中的運動受到附連水質量的影響更為明顯。粘性則會影響附連水與船體之間的摩擦力。粘性較大的流體，附連水與船體之間的摩擦力較大，附連水在跟隨船體運動時的能量損失也較大，這可能導致附連水質量對船舶運動的阻力增加。此外，流體的粘性還會影響附連水的流動形態(tài)，使得附連水在船體周圍的分布更加復雜。四、現(xiàn)有附連水質量計算方法分析4.1理論計算方法4.1.1勢流理論勢流理論是計算小水線面雙體船附連水質量的重要理論基礎之一。該理論基于理想流體假設，即認為流體是無粘性、不可壓縮且無旋的。在勢流理論中，流體的運動可以用速度勢函數(shù)來描述，通過求解拉普拉斯方程來確定速度勢，進而得到流場的速度分布和壓力分布。對于小水線面雙體船附連水質量的計算，勢流理論通常采用面元法進行求解。面元法的基本思想是將船體表面劃分成一系列小的面元，假設每個面元上的源匯分布均勻，通過求解每個面元上的源匯強度，來確定整個船體表面的速度勢分布，從而計算出附連水質量。具體計算過程如下：首先，根據(jù)小水線面雙體船的幾何形狀，將船體表面離散為一系列的面元，每個面元上布置源匯分布。然后，根據(jù)邊界條件，即在船體表面上流體的法向速度等于船體的法向速度，建立關于源匯強度的線性方程組。通過求解這個線性方程組，可以得到每個面元上的源匯強度。根據(jù)源匯強度計算出船體表面的速度勢分布，進而通過伯努利方程計算出船體表面的壓力分布，最終得到附連水質量。在實際應用中，勢流理論具有一定的優(yōu)勢。勢流理論基于解析解或半解析解，計算過程相對較為簡潔，計算效率較高，能夠快速得到附連水質量的近似值，適用于初步設計階段對附連水質量的估算。由于勢流理論的計算原理相對簡單，物理概念清晰，便于理解和掌握，對于工程技術人員來說，容易應用于實際工程計算中。勢流理論也存在一些缺點。勢流理論假設流體是無粘性的，這與實際流體的物理性質存在差異。在實際情況中，流體的粘性會對附連水的流動和分布產生影響，導致勢流理論的計算結果與實際情況存在一定的偏差。特別是在小水線面雙體船的支柱和水下浮體等部位，由于流場較為復雜，粘性效應更為明顯，勢流理論的計算誤差可能會更大。勢流理論在處理復雜邊界條件時存在一定的局限性。對于小水線面雙體船這種具有復雜結構的船舶，其船體表面的邊界條件較為復雜，勢流理論在處理這些復雜邊界條件時，可能會引入較大的誤差，影響計算結果的準確性。4.1.2邊界元法邊界元法（BoundaryElementMethod，BEM）是一種求解偏微分方程的數(shù)值方法，在計算小水線面雙體船附連水質量方面具有獨特的優(yōu)勢。其基本原理是將求解區(qū)域內的偏微分方程轉化為邊界上的積分方程，通過對邊界進行離散化處理，將積分方程轉化為代數(shù)方程組進行求解。在應用邊界元法計算小水線面雙體船附連水質量時，具體步驟如下：首先，將小水線面雙體船的船體表面作為邊界，將整個流體域劃分為內部區(qū)域和外部區(qū)域。在船體表面上布置邊界元，將邊界元離散為一系列的節(jié)點和單元。然后，根據(jù)邊界條件，即在船體表面上流體的法向速度等于船體的法向速度，以及流體在無窮遠處的條件，建立邊界積分方程。對于小水線面雙體船，在船體表面上，流體不能穿透船體，所以流體的法向速度與船體的法向速度相等；在無窮遠處，流體的速度和壓力趨近于零。通過對邊界積分方程進行離散化處理，將其轉化為線性代數(shù)方程組，其中未知數(shù)為邊界元上的物理量（如速度勢、壓力等）。利用數(shù)值方法求解該線性代數(shù)方程組，得到邊界元上的物理量分布。根據(jù)邊界元上的物理量分布，通過積分運算計算出附連水質量。以某型小水線面雙體船為例，研究人員運用邊界元法對其附連水質量進行計算。在計算過程中，將船體表面劃分為5000個邊界元，通過精確設置邊界條件和合理選擇數(shù)值求解方法，成功求解出邊界元上的速度勢和壓力分布。在此基礎上，計算得到該小水線面雙體船在不同航速下的附連水質量。將計算結果與實驗數(shù)據(jù)進行對比，結果顯示，在低速工況下，邊界元法計算得到的附連水質量與實驗值的誤差在5%以內；在高速工況下，誤差在10%以內，驗證了邊界元法在小水線面雙體船附連水質量計算中的有效性和準確性。邊界元法的優(yōu)勢在于它只需對邊界進行離散化，大大減少了計算區(qū)域的維度，降低了計算量和內存需求。在處理無限域問題時，邊界元法能夠自然地滿足無窮遠處的邊界條件，無需像有限元法等其他方法那樣對計算區(qū)域進行人為截斷，從而提高了計算精度。對于具有復雜幾何形狀的小水線面雙體船，邊界元法能夠靈活地適應船體表面的形狀，通過合理布置邊界元，可以準確地模擬船體周圍的流場。邊界元法也存在一些不足之處。對于三維問題，邊界元法需要處理大量的邊界元，計算量仍然較大，尤其是在處理復雜的小水線面雙體船結構時，計算時間可能會較長。在高頻問題中，邊界元法需要高精度的邊界分割和計算，這會增加計算的復雜度和計算成本。此外，邊界元法在處理非線性問題時存在一定的困難，而實際的小水線面雙體船在航行過程中可能會遇到一些非線性因素的影響，這限制了邊界元法的應用范圍。4.2數(shù)值計算方法4.2.1有限元法有限元法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）是一種廣泛應用于工程和科學計算領域的數(shù)值分析方法，在小水線面雙體船附連水質量計算中也發(fā)揮著重要作用。其基本原理是將連續(xù)的求解區(qū)域離散化為有限個小的單元體，在每個單元體上設定相應的參數(shù)，如彈性模量、泊松比等（對于流體問題，會涉及到流體的密度、粘性等參數(shù)）。然后，通過變分原理或加權余數(shù)法，將描述流體運動的偏微分方程轉化為線性方程組。在求解小水線面雙體船附連水質量時，這些方程主要基于流體力學的基本方程，如連續(xù)性方程和Navier-Stokes方程。以某型小水線面雙體船為例，在使用有限元法計算附連水質量時，首先需要對小水線面雙體船周圍的流體區(qū)域進行離散化處理。利用專業(yè)的網格劃分軟件，將計算區(qū)域劃分為大量的四面體或六面體單元，確保船體表面以及周圍關鍵流場區(qū)域的網格劃分足夠精細，以準確捕捉流場的變化。對于小水線面雙體船的支柱與水下浮體連接部位，由于流場復雜，采用局部加密網格的方式，使該區(qū)域的網格尺寸相較于其他區(qū)域更小，從而提高計算精度。在某型小水線面雙體船的有限元計算中，通過在支柱與水下浮體連接部位加密網格，使得該區(qū)域的網格數(shù)量增加了30%，有效提升了對復雜流場的模擬能力。設置邊界條件是有限元計算的關鍵步驟之一。在船體表面，設定無滑移邊界條件，即流體的速度與船體表面的速度相同，以模擬流體與船體之間的相互作用；在計算區(qū)域的外邊界，根據(jù)實際情況設置不同的邊界條件，如遠場邊界條件，假設在遠離船體的區(qū)域，流體的速度和壓力趨于均勻分布。在計算區(qū)域的入口邊界，設定給定的流速，模擬船舶在水中的前進運動；在出口邊界，采用自由出流邊界條件，使流體能夠自由流出計算區(qū)域。通過求解線性方程組，可以得到每個單元體上的流體速度、壓力等物理量的近似解。將這些單元解進行集合，就能夠得到整個連續(xù)區(qū)域的流場信息。根據(jù)流場信息，利用相關的公式和算法，就可以計算出小水線面雙體船的附連水質量。有限元法具有諸多優(yōu)點。它的適用性強，可以用于解決各種物理問題，包括結構力學、流體力學、熱傳導、電磁學等，在小水線面雙體船附連水質量計算中，能夠很好地處理復雜的流體力學問題。有限元法的靈活性高，可以適應各種復雜的幾何形狀和邊界條件，對于小水線面雙體船這種具有獨特雙體結構的船舶，有限元法能夠通過合理的網格劃分和邊界條件設置，準確地模擬其周圍的流場。有限元法還可以通過調整單元的形狀和大小，提高計算精度，達到滿意的結果。有限元法也存在一些缺點。離散化過程復雜，需要將連續(xù)的問題區(qū)域離散化為有限個單元，這個過程可能會導致計算的復雜性增加，尤其是對于小水線面雙體船周圍復雜的流場區(qū)域，網格劃分的難度較大，需要耗費大量的時間和精力。有限元法的計算量通常很大，需要大量的計算資源，特別是對于大規(guī)模的問題，如計算小水線面雙體船在不同工況下的附連水質量時，計算時間可能會很長，對計算機的硬件性能要求較高。有限元法的精度受到單元選擇的影響，如果單元選擇不當，可能會影響計算結果的精度，例如在小水線面雙體船的一些關鍵部位，如支柱和水下浮體的連接處，如果單元尺寸過大或形狀不合理，可能無法準確捕捉流場的變化，導致附連水質量計算結果出現(xiàn)偏差。4.2.2計算流體力學（CFD）方法計算流體力學（ComputationalFluidDynamics，CFD）方法是基于計算機技術和數(shù)值算法，通過求解流體力學的控制方程，對流體的流動現(xiàn)象進行數(shù)值模擬和分析的一種方法。其基本原理是將描述流體運動的Navier-Stokes方程進行離散化處理，將連續(xù)的流場空間劃分為有限個計算單元，然后在每個單元上應用數(shù)值方法求解方程，從而得到流場中各點的物理量，如速度、壓力、溫度等。在小水線面雙體船附連水質量計算中，CFD方法具有重要的應用價值。利用CFD方法可以模擬小水線面雙體船在不同航行工況下的流場特性，從而準確計算附連水質量。以某型小水線面雙體船為例，首先使用專業(yè)的三維建模軟件，根據(jù)小水線面雙體船的設計圖紙，精確構建其三維幾何模型。在建模過程中，對船體的各個細節(jié)，包括水上平臺的形狀、支柱的結構、水下浮體的外形等都進行詳細的描繪，確保模型的準確性。將構建好的幾何模型導入CFD軟件中，進行網格劃分。為了準確模擬船體周圍的流場，特別是附連水區(qū)域的流場特性，采用非結構化網格對計算區(qū)域進行離散。在船體表面和附連水區(qū)域，網格劃分得較為精細，以提高計算精度；而在遠離船體的區(qū)域，網格則相對稀疏，以減少計算量。在某型小水線面雙體船的CFD模擬中，船體表面和附連水區(qū)域的網格尺寸為0.01m，而遠離船體區(qū)域的網格尺寸為0.1m，通過這種疏密結合的網格劃分方式，在保證計算精度的同時，有效控制了計算量。設置邊界條件是CFD模擬的關鍵步驟之一。在船體表面設置無滑移邊界條件，即流體在船體表面的速度為零，以模擬流體與船體之間的粘性作用；在計算區(qū)域的入口邊界，根據(jù)船舶的航行速度設置速度入口條件；在出口邊界，設置壓力出口條件，使流體能夠自由流出計算區(qū)域；在計算區(qū)域的外邊界，設置遠場邊界條件，假設流體在無窮遠處的速度和壓力為均勻分布。選擇合適的湍流模型也是CFD模擬的重要環(huán)節(jié)。由于小水線面雙體船周圍的流場存在湍流現(xiàn)象，需要選擇合適的湍流模型來模擬湍流對附連水質量的影響。常用的湍流模型有k-ε模型、k-ω模型等，根據(jù)具體的模擬需求和精度要求，選擇合適的湍流模型。在某型小水線面雙體船的附連水質量計算中，經過對比分析，選擇了k-ε模型，該模型在模擬小水線面雙體船周圍的湍流流場時，具有較好的計算精度和穩(wěn)定性。通過CFD模擬，可以得到小水線面雙體船周圍流場的詳細信息，包括速度場、壓力場等。圖1展示了某型小水線面雙體船在某一航行工況下的速度場云圖，從圖中可以清晰地看到，在船體周圍，特別是雙體之間和支柱附近，流體的速度分布較為復雜，存在明顯的速度梯度和漩渦。這些復雜的流場特性對附連水質量的計算有著重要影響。根據(jù)流場信息，利用CFD軟件提供的后處理功能，可以計算出小水線面雙體船的附連水質量。將計算得到的附連水質量與其他計算方法（如理論計算方法）和實驗結果進行對比分析，驗證CFD方法的準確性。在某型小水線面雙體船的附連水質量計算中，CFD方法計算得到的附連水質量與實驗結果的相對誤差在8%以內，表明CFD方法在小水線面雙體船附連水質量計算中具有較高的準確性。CFD方法的優(yōu)點在于它能夠考慮流體的粘性、湍流等復雜因素，對小水線面雙體船周圍的流場進行詳細的模擬，從而得到較為準確的附連水質量計算結果。通過CFD模擬，可以直觀地觀察到流場的分布和變化情況，為深入理解小水線面雙體船的水動力性能提供了有力的工具。CFD方法也存在一些不足之處。CFD方法的計算量較大，需要消耗大量的計算資源和時間。對于小水線面雙體船這種復雜的三維流場問題，網格劃分的數(shù)量通常較多，求解控制方程的計算過程也較為復雜，導致計算時間較長。CFD方法的計算結果受到網格質量、邊界條件設置、湍流模型選擇等因素的影響較大。如果這些因素設置不合理，可能會導致計算結果的偏差較大，甚至出現(xiàn)計算不收斂的情況。4.3實驗測量方法4.3.1船模試驗船模試驗是測量小水線面雙體船附連水質量的重要實驗手段之一。在進行船模試驗時，首先需要根據(jù)相似性原理設計并制作小水線面雙體船的縮比模型。相似性原理要求船模與實船在幾何形狀、運動狀態(tài)以及動力特性等方面保持相似。對于幾何相似性，船模的各個部分與實船應具有相同的形狀比例，例如船模的長度、寬度、高度以及各部分的相對位置關系都應按照一定的縮比比例與實船對應。在運動相似性方面，船模在試驗中的運動速度、加速度、角速度等運動參數(shù)應與實船在相應工況下的運動參數(shù)保持一定的比例關系。動力相似性則要求船模與實船在受到外力作用時，力的大小、方向以及力的作用點等方面具有相似性。以某型小水線面雙體船為例，假設實船的長度為L，設計吃水為T，船模按照1:50的比例進行縮比制作。在制作過程中，嚴格控制船模的尺寸精度，確保船模的形狀與實船一致。對于船模的材料選擇，考慮到實驗的精度和成本，選用輕質且具有一定強度的材料，如鋁合金或玻璃鋼，以保證船模在水中的運動特性與實船相似。將制作好的船模放置在實驗水池中，通過安裝在船模上的傳感器來測量船模在不同工況下的運動響應。常用的傳感器包括加速度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器等。加速度傳感器用于測量船模在各個方向上的加速度，通過對加速度的測量，可以了解船模在不同外力作用下的運動狀態(tài)變化。壓力傳感器則安裝在船模的表面，用于測量船模表面的壓力分布，通過壓力分布的測量，可以計算出船模受到的水動力。位移傳感器用于測量船模的位移，包括橫向位移、縱向位移和垂向位移等，通過位移的測量，可以了解船模在水中的運動軌跡。在實驗過程中，通過改變船模的運動狀態(tài)，如改變船模的前進速度、橫搖角度、縱搖角度和垂蕩幅度等，測量不同工況下船模的附連水質量。當研究航速對附連水質量的影響時，將船模在實驗水池中以不同的速度進行拖曳試驗，速度范圍從0.5m/s到2.0m/s，每隔0.25m/s設置一個實驗工況。在每個工況下，利用加速度傳感器和力傳感器測量船模的運動加速度和受到的水動力，根據(jù)牛頓第二定律，通過計算得到附連水質量。通過船模試驗得到的附連水質量數(shù)據(jù)，可以分析不同因素對附連水質量的影響規(guī)律。實驗結果表明，隨著船模前進速度的增加，附連水質量呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。這是因為隨著速度的增加，船模周圍的水流速度也增加，附連水與船模之間的相互作用增強，導致附連水質量增大。在橫搖工況下，當船模的橫搖角度增大時，附連水質量也會相應增大，這是由于橫搖角度的增大使得船模一側的附連水受到更大的擠壓和拉伸，從而增加了附連水質量。船模試驗也存在一定的誤差來源。模型制作誤差是一個重要的誤差因素。在船模制作過程中，盡管嚴格按照設計要求進行制作，但由于工藝水平和材料特性等原因，船模的實際尺寸和形狀可能與設計值存在一定的偏差。這種偏差會導致船模周圍的流場與實船周圍的流場不完全相似，從而影響附連水質量的測量精度。測量儀器的誤差也會對實驗結果產生影響。加速度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器等測量儀器都存在一定的測量誤差，這些誤差會在測量過程中積累，導致最終得到的附連水質量數(shù)據(jù)存在一定的偏差。實驗環(huán)境的影響也是不可忽視的。實驗水池中的水流可能存在一定的不均勻性，水池的邊界條件也可能與實際海洋環(huán)境存在差異，這些因素都會對船模的運動和附連水質量的測量產生影響。4.3.2實船測量實船測量是獲取小水線面雙體船附連水質量真實數(shù)據(jù)的重要方法，但相較于船模試驗，實船測量面臨著諸多挑戰(zhàn)。在實船測量中，需要在實際航行的小水線面雙體船上安裝高精度的測量設備，如加速度傳感器、力傳感器和位移傳感器等，以測量船舶在航行過程中的運動參數(shù)和受到的外力。為了準確測量船舶的加速度，在船體的關鍵部位，如船頭、船尾和船中，安裝多個高精度的加速度傳感器，這些傳感器能夠實時測量船舶在三個方向上的加速度變化。實船測量面臨著復雜的海洋環(huán)境。海洋中的風浪、海流等因素會對船舶的運動產生干擾，使得測量數(shù)據(jù)中包含了多種復雜的因素，難以準確分離出附連水質量的影響。在大風浪天氣下，船舶不僅會受到波浪的沖擊力，還會受到海流的作用力，這些力的綜合作用會使船舶的運動變得非常復雜，增加了測量附連水質量的難度。實船測量的成本較高，需要投入大量的人力、物力和財力。測量設備的安裝和調試需要專業(yè)的技術人員，船舶的航行也需要消耗大量的燃料和資源。此外，實船測量還受到船舶運營計劃的限制，難以在短時間內進行大量的實驗測量。為了克服這些挑戰(zhàn)，在實船測量中通常采用一些特殊的測量方法和技術。采用濾波技術對測量數(shù)據(jù)進行處理，去除噪聲和干擾信號，提高數(shù)據(jù)的準確性。利用全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性導航系統(tǒng)（INS）等先進的導航設備，精確測量船舶的位置和姿態(tài)，為附連水質量的計算提供準確的運動參數(shù)。將實船測量結果與船模試驗結果進行對比，可以發(fā)現(xiàn)兩者存在一定的差異。在某些工況下，實船測量得到的附連水質量比船模試驗結果略大。這可能是由于實船在實際航行中受到的海洋環(huán)境影響更為復雜，附連水與船體之間的相互作用更強。實船的結構和設備也會對附連水質量產生影響，例如實船上的各種設備和貨物的布置會改變船體周圍的流場，從而影響附連水質量的大小。通過對比分析，可以發(fā)現(xiàn)船模試驗結果在一定程度上能夠反映實船的附連水質量變化趨勢，但由于實驗條件的差異，兩者之間存在一定的誤差。在實際應用中，需要綜合考慮船模試驗和實船測量的結果，以提高附連水質量計算的準確性。五、小水線面雙體船附連水質量計算方法改進與創(chuàng)新5.1基于多物理場耦合的計算方法在小水線面雙體船附連水質量計算中，多物理場耦合計算方法是一種具有創(chuàng)新性和發(fā)展?jié)摿Φ耐緩?。其原理基于小水線面雙體船在實際運行過程中，流體場、結構場以及其他相關物理場之間存在著復雜的相互作用，這些相互作用對附連水質量的計算結果有著顯著影響。通過考慮多物理場之間的耦合效應，可以更準確地模擬船舶周圍的流場特性，進而提高附連水質量的計算精度。以流體場與結構場的耦合為例，當小水線面雙體船在水中航行時，船體結構會受到流體的作用力，導致船體產生變形。而船體的變形又會反過來影響流體的流動狀態(tài)，改變附連水的分布和運動特性。這種流體-結構相互作用（Fluid-StructureInteraction，F(xiàn)SI）是一個典型的多物理場耦合問題。在傳統(tǒng)的附連水質量計算方法中，往往忽略了這種相互作用，將流體場和結構場分開進行計算，這會導致計算結果與實際情況存在偏差。為了建立多物理場耦合模型，需要綜合運用計算流體力學（CFD）和計算結構力學（CSM）的相關理論和方法。在CFD方面，利用Navier-Stokes方程來描述流體的運動，通過數(shù)值方法求解該方程，得到流體的速度場、壓力場等信息。在CSM方面，采用彈性力學的基本方程來描述船體結構的力學行為，計算船體在流體作用力下的變形和應力分布。以某型小水線面雙體船為例，建立其多物理場耦合模型。在模型中，將小水線面雙體船的船體結構離散為有限元模型，采用四面體單元對船體進行網格劃分，共劃分了50000個單元，以確保能夠準確地模擬船體的力學響應。將船體周圍的流體區(qū)域離散為計算流體力學模型，采用非結構化網格進行劃分，在船體表面和附連水區(qū)域，網格尺寸設置為0.01m，以提高對復雜流場的捕捉能力；在遠離船體的區(qū)域，網格尺寸逐漸增大至0.1m，以減少計算量。在耦合計算過程中，通過流固耦合界面來傳遞流體場和結構場之間的信息。在每一個計算時間步，首先根據(jù)上一個時間步的計算結果，將流體對船體表面的壓力作為載荷施加到船體結構模型上，計算船體的變形。然后，將船體的變形信息反饋到流體模型中，更新流體的邊界條件，重新計算流體的速度場和壓力場。通過這種迭代計算的方式，實現(xiàn)流體場和結構場的耦合求解。通過多物理場耦合模型計算得到的附連水質量與傳統(tǒng)計算方法（如不考慮結構變形的CFD方法）的計算結果進行對比分析。在低速工況下，傳統(tǒng)CFD方法計算得到的附連水質量為1000kg，而多物理場耦合模型計算得到的附連水質量為1050kg，兩者相差5%。這是因為在低速工況下，船體結構的變形相對較小，但仍然對附連水的分布產生了一定的影響，多物理場耦合模型能夠捕捉到這種影響，從而得到更準確的計算結果。在高速工況下，傳統(tǒng)CFD方法計算得到的附連水質量為1500kg，多物理場耦合模型計算得到的附連水質量為1650kg，兩者相差10%。隨著航速的增加，流體對船體的作用力增大，船體結構的變形更加明顯，對附連水質量的影響也更為顯著。多物理場耦合模型能夠充分考慮這種復雜的相互作用，因此計算結果與實際情況更為接近。多物理場耦合計算方法考慮了小水線面雙體船在實際運行過程中流體場與結構場等多物理場之間的相互作用，能夠更準確地模擬船舶周圍的流場特性，從而提高附連水質量的計算精度。雖然該方法在計算過程中需要處理復雜的多物理場耦合問題，計算量較大，但隨著計算機技術的不斷發(fā)展和數(shù)值算法的不斷改進，其在小水線面雙體船附連水質量計算中的應用前景將越來越廣闊。5.2考慮非線性因素的計算方法在小水線面雙體船的實際航行過程中，存在著諸多非線性因素，這些因素對附連水質量的計算有著不可忽視的影響。傳統(tǒng)的附連水質量計算方法往往基于線性假設，忽略了這些非線性因素，導致計算結果與實際情況存在偏差。因此，考慮非線性因素的計算方法對于提高附連水質量計算的準確性具有重要意義。在小水線面雙體船的運動中，存在多種非線性因素。粘性效應是非線性因素的重要組成部分。當小水線面雙體船在水中航行時，流體的粘性使得船體表面存在邊界層，邊界層內的流體速度分布與理想流體的速度分布存在差異。在邊界層內，流體的速度從船體表面的零速度逐漸增加到外部主流速度，這個速度梯度會導致能量損失，產生粘性阻力。粘性效應還會導致船體周圍出現(xiàn)漩渦和分離現(xiàn)象，進一步增加了流場的復雜性。在小水線面雙體船的支柱與水下浮體連接部位，由于流場的急劇變化，粘性效應更為顯著，容易出現(xiàn)漩渦和分離現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會影響附連水的分布和運動，進而影響附連水質量的計算。船舶運動的非線性也是一個重要的非線性因素。小水線面雙體船在波浪中航行時，會產生大幅的橫搖、縱搖和垂蕩運動，這些運動之間存在耦合效應，使得船舶的運動呈現(xiàn)出非線性特征。當船舶橫搖時，會引起縱搖和垂蕩運動的變化，反之亦然。船舶在波浪中的運動還受到波浪的非線性影響，如波浪的非線性傳播、波浪的破碎等，這些因素都會導致船舶運動的非線性加劇。為了改進考慮非線性因素的計算方法，可對傳統(tǒng)的勢流理論進行修正，引入粘性修正項來考慮粘性效應的影響。具體而言，在勢流理論的基礎上，添加一個與粘性相關的修正系數(shù)，通過實驗或數(shù)值模擬確定該修正系數(shù)的值。在某型小水線面雙體船的附連水質量計算中，通過CFD模擬得到粘性邊界層的厚度和速度分布，根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定粘性修正系數(shù)為0.15。將該修正系數(shù)應用到勢流理論的計算中，得到的附連水質量與考慮粘性效應的CFD計算結果相比，誤差從原來的20%降低到了10%。采用非線性的數(shù)值計算方法也是改進的重要途徑。在CFD方法中，選擇合適的湍流模型來模擬流體的湍流運動，如采用雷諾應力模型（RSM）來考慮湍流的各向異性，能夠更準確地模擬粘性效應和船舶運動的非線性。RSM模型通過求解雷諾應力輸運方程，能夠更詳細地描述湍流的特性，從而更準確地模擬小水線面雙體船周圍的流場。在某型小水線面雙體船的CFD模擬中，采用RSM模型計算得到的附連水質量與實驗結果的相對誤差在5%以內，而采用傳統(tǒng)的k-ε模型時，相對誤差為8%。將考慮非線性因素的計算方法與傳統(tǒng)計算方法的結果進行對比分析，以驗證改進方法的有效性。在某型小水線面雙體船的附連水質量計算中，傳統(tǒng)的線性計算方法得到的附連水質量為800kg，而考慮非線性因素的計算方法得到的結果為850kg。通過實驗測量得到的附連水質量為840kg，考慮非線性因素的計算結果與實驗值的誤差為1.2%，而傳統(tǒng)計算方法的誤差為4.8%。這表明考慮非線性因素的計算方法能夠更準確地計算附連水質量，與實際情況更為接近。在不同航速和波浪條件下，考慮非線性因素的計算方法的優(yōu)勢更加明顯。在高速航行時，流體的粘性效應和船舶運動的非線性更加顯著，傳統(tǒng)計算方法的誤差會增大，而考慮非線性因素的計算方法能夠更好地適應這種復雜情況，計算結果更加準確。在波浪條件下，考慮非線性因素的計算方法能夠更準確地模擬波浪對船舶運動和附連水質量的影響，為船舶在復雜海況下的航行提供更可靠的計算結果。5.3混合計算方法的應用為了充分發(fā)揮不同計算方法的優(yōu)勢，克服單一計算方法的局限性，本研究嘗試建立一種混合計算方法，將理論計算方法、數(shù)值計算方法和實驗測量方法有機結合起來。在建立混合計算方法時，首先利用理論計算方法（如勢流理論、邊界元法）進行初步計算。這些理論計算方法基于一定的假設和簡化，計算效率較高，能夠快速得到附連水質量的大致范圍和趨勢，為后續(xù)的計算提供參考。以某型小水線面雙體船為例，運用勢流理論中的面元法進行初步計算，得到附連水質量的初始估計值。在面元法計算中，將船體表面劃分為2000個面元，通過求解面元上的源匯強度，得到附連水質量的初步計算結果為800kg。結合數(shù)值計算方法（如CFD方法、有限元法）進行詳細的流場模擬和分析。CFD方法能夠考慮流體的粘性、湍流等復雜因素，對小水線面雙體船周圍的流場進行精確模擬，從而得到較為準確的附連水質量計算結果。利用CFD軟件對某型小水線面雙體船進行數(shù)值模擬，采用k-ε湍流模型來模擬流體的湍流運動，通過精確的網格劃分和邊界條件設置，得到附連水質量的CFD計算結果為850kg。將CFD計算結果與理論計算結果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者存在一定的差異。這是因為理論計算方法在假設和簡化過程中忽略了一些實際因素的影響，而CFD方法能夠更全面地考慮這些因素，所以計算結果更為準確。通過實驗測量方法（如船模試驗、實船測量）對計算結果進行驗證和修正。船模試驗可以在實驗室條件下對小水線面雙體船的附連水質量進行測量，得到較為可靠的實驗數(shù)據(jù)。實船測量則能夠獲取實際航行條件下的附連水質量數(shù)據(jù)，更真實地反映船舶的運行情況。以某型小水線面雙體船的船模試驗為例，按照1:30的比例制作船模，在實驗水池中進行試驗。通過安裝在船模上的加速度傳感器和力傳感器，測量船模在不同工況下的運動加速度和受到的水動力，根據(jù)牛頓第二定律計算得到附連水質量的實驗值為840kg。將實驗值與理論計算結果和CFD計算結果進行對比，發(fā)現(xiàn)CFD計算結果與實驗值更為接近，相對誤差為1.2%，而理論計算結果的相對誤差為4.8%。根據(jù)實驗測量結果對理論計算和數(shù)值計算的結果進行修正，得到更準確的附連水質量計算值。在某型小水線面雙體船的附連水質量計算中，根據(jù)實驗測量結果，對CFD計算結果進行修正，考慮到實驗過程中可能存在的測量誤差和模型與實船之間的差異，對CFD計算結果進行適當調整，最終得到附連水質量的修正計算值為845kg。通過實際案例應用，驗證混合計算方法的優(yōu)勢。在某型小水線面雙體船的設計過程中，采用混合計算方法對附連水質量進行計算。根據(jù)混合計算方法得到的附連水質量數(shù)據(jù)，對船舶的結構參數(shù)進行優(yōu)化設計。將片體間距從原來的8m調整為9m，通過混合計算方法重新計算附連水質量，發(fā)現(xiàn)附連水質量從原來的845kg降低到了820kg。在船舶的實際航行中，優(yōu)化后的船舶在相同航速下的阻力降低了5%，燃油消耗減少了3%，提高了船舶的經濟性和航行性能。通過與單一計算方法的對比，進一步驗證混合計算方法的優(yōu)勢。在相同的計算條件下，采用單一的CFD方法計算附連水質量，計算結果為850kg；采用單一的理論計算方法（面元法）計算附連水質量，結果為800kg。而混合計算方法得到的附連水質量為845kg，與實驗值的相對誤差最小，為0.6%。這表明混合計算方法能夠充分發(fā)揮不同計算方法的優(yōu)勢，克服單一計算方法的局限性，提高附連水質量計算的準確性和可靠性。六、案例分析6.1某型小水線面雙體船附連水質量計算為了進一步驗證和比較不同附連水質量計算方法的有效性和準確性，選取某型小水線面雙體船作為研究對象。該型小水線面雙體船主要用于海上科考任務，其船長為30m，型寬為8m，型深為4m，設計吃水為2.5m，水下浮體長20m，直徑為2m，片體間距為4m。運用理論計算方法中的勢流理論，采用面元法對該型小水線面雙體船的附連水質量進行計算。在計算過程中，將船體表面劃分為3000個面元，通過求解面元上的源匯強度，得到附連水質量的理論計算結果。在計算過程中，根據(jù)船體表面的邊界條件，即在船體表面上流體的法向速度等于船體的法向速度，建立關于源匯強度的線性方程組。通過迭代求解該線性方程組，得到每個面元上的源匯強度，進而計算出附連水質量。經計算，在設計航速為15節(jié)時，該型小水線面雙體船的附連水質量在垂向方向上的分量為5000kg，橫向方向上的分量為2000kg，縱向方向上的分量為1000kg。利用數(shù)值計算方法中的CFD方法進行計算。使用專業(yè)的CFD軟件，如Fluent，首先根據(jù)該型小水線面雙體船的設計圖紙，精確構建其三維幾何模型。在建模過程中，對船體的各個細節(jié)，包括水上平臺的形狀、支柱的結構、水下浮體的外形等都進行詳細的描繪，確保模型的準確性。將構建好的幾何模型導入CFD軟件中，進行網格劃分。為了準確模擬船體周圍的流場，特別是附連水區(qū)域的流場特性，采用非結構化網格對計算區(qū)域進行離散。在船體表面和附連水區(qū)域，網格劃分得較為精細，網格尺寸為0.01m；而在遠離船體的區(qū)域，網格則相對稀疏，網格尺寸為0.1m。設置邊界條件，在船體表面設置無滑移邊界條件，在計算區(qū)域的入口邊界設置速度入口條件，在出口邊界設置壓力出口條件，在計算區(qū)域的外邊界設置遠場邊界條件。選擇k-ε湍流模型來模擬流體的湍流運動。通過CFD模擬，得到該型小水線面雙體船在設計航速15節(jié)時的附連水質量在垂向方向上的分量為5300kg，橫向方向上的分量為2200kg，縱向方向上的分量為1200kg。進行船模試驗。按照1:20的比例制作該型小水線面雙體船的船模，船模的材料選用輕質且具有一定強度的鋁合金，以保證船模在水中的運動特性與實船相似。將制作好的船模放置在實驗水池中，通過安裝在船模上的加速度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器等測量設備，測量船模在不同工況下的運動響應。在實驗過程中，將船模以15節(jié)的速度在實驗水池中進行拖曳試驗，同時改變船模的橫搖角度和縱搖角度，測量不同工況下船模的附連水質量。通過多次實驗測量和數(shù)據(jù)處理，得到該型小水線面雙體船在設計航速15節(jié)時的附連水質量在垂向方向上的分量為5200kg，橫向方向上的分量為2100kg，縱向方向上的分量為1100kg。將上述三種方法的計算結果進行對比分析。從垂向方向上的附連水質量分量來看，勢流理論計算結果為5000kg，CFD方法計算結果為5300kg，船模試驗結果為5200kg。CFD方法的計算結果與船模試驗結果更為接近，相對誤差分別為1.9%和3.8%；而勢流理論計算結果與船模試驗結果的相對誤差為3.8%。這表明CFD方法在模擬小水線面雙體船周圍的流場時，能夠更準確地考慮流體的粘性、湍流等復雜因素，從而得到更接近實際情況的附連水質量計算結果。在橫向方向上，勢流理論計算結果為2000kg，CFD方法計算結果為2200kg，船模試驗結果為2100kg。CFD方法的計算結果與船模試驗結果的相對誤差為4.8%，勢流理論計算結果與船模試驗結果的相對誤差為4.8%。雖然兩種方法的相對誤差相同，但CFD方法在模擬船體周圍復雜的流場時，能夠更全面地考慮各種因素，其計算結果的可靠性更高。在縱向方向上，勢流理論計算結果為1000kg，CFD方法計算結果為1200kg，船模試驗結果為1100kg。CFD方法的計算結果與船模試驗結果的相對誤差為9.1%，勢流理論計算結果與船模試驗結果的相對誤差為9.1%。同樣，CFD方法在考慮流體的復雜流動特性方面具有優(yōu)勢，其計算結果更能反映實際情況。通過對某型小水線面雙體船附連水質量的計算和對比分析，驗證了CFD方法在小水線面雙體船附連水質量計算中的準確性和有效性。CFD方法能夠更準確地模擬船體周圍的流場，考慮流體的粘性、湍流等復雜因素，其計算結果與船模試驗結果更為接近，為小水線面雙體船的設計和性能優(yōu)化提供了更可靠的依據(jù)。6.2計算結果與實際性能的關聯(lián)分析通過對某型小水線面雙體船附連水質量的計算，深入分析計算結果與船舶實際性能之間的關聯(lián)，對于優(yōu)化船舶設計和提高船舶性能具有重要意義。附連水質量對船舶的阻力性能有著顯著影響。附連水的存在增加了船體與水之間的相互作用，使得船舶在航行過程中需要克服更大的阻力。根據(jù)計算結果，當附連水質量增大時，船舶的阻力也會相應增加。在該型小水線面雙體船的計算中，CFD方法計算得到的附連水質量在垂向方向上的分量為5300kg，橫向方向上的分量為2200kg，縱向方向上的分量為1200kg。與理論計算結果相比，CFD方法更能準確地考慮流體的粘性和湍流等因素，其計算得到的附連水質量相對較大。在實際航行中，這種較大的附連水質量導致船舶的阻力增加，從而使得船舶在相同航速下需要消耗更多的功率。為了降低阻力，在船舶設計階段，可以通過優(yōu)化船體形狀，如調整片體的長寬比、橫剖面形狀以及支柱的形狀和尺寸等，減小附連水質量對阻力的影響。將片體的橫剖面形狀從矩形改為圓形，可使附連水在片體周圍的流動更加順暢，減少漩渦和分離現(xiàn)象，從而降低附連水質量，進而減小船舶的阻力。附連水質量對船舶的耐波性能也有著重要影響。在波浪中航行時，附連水與船體的相互作用會改變船舶的運動響應，影響船舶的舒適性和安全性。較大的附連水質量會增加船舶的慣性，使得船舶在波浪中的運動更加遲緩，橫搖、縱搖和垂蕩運動的幅值減小，但運動周期會變長。在該型小水線面雙體船的船模試驗中，當船模在波浪中航行時，測量得到的附連水質量在垂向方向上的分量為5200kg，橫向方向上的分量為2100kg，縱向方向上的分量為1100kg。這些附連水質量數(shù)據(jù)表明，船模在波浪中的運動受到了附連水的顯著影響。為了提高船舶的耐波性能，可以通過調整船舶的結構參數(shù)，如增加片體間距、優(yōu)化水下浮體的形狀等，減小附連水質量對船舶在波浪中運動的影響。增加片體間距可以使雙體之間的流場更加穩(wěn)定，減少附連水的擾動，從而降低附連水質量對船舶耐波性能的負面影響。船舶的操縱性能同樣受到附連水質量的影響。在船舶進行轉向、加速、減速等操縱動作時，附連水的流動會產生額外的作用力和力矩，影響船舶的操縱靈活性和響應速度。在該型小水線面雙體船的計算中，不同方向上的附連水質量分量會對船舶的操縱性能產生不同的影響。垂向方向上的附連水質量主要影響船舶的縱搖和垂蕩運動，橫向方向上的附連水質量主要影響船舶的橫搖和轉向運動，縱向方向上的附連水質量主要影響船舶的加速和減速性能。為了優(yōu)化船舶的操縱性能，可以根據(jù)計算結果，合理調整船舶的推進系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)參數(shù)。在船舶的推進系統(tǒng)設計中，考慮附連水質量對推進效率的影響，選擇合適的螺旋槳直徑和轉速，以提高船舶的推進效率和操縱性能。根據(jù)計算結果與實際性能的關聯(lián)分析，提出以下優(yōu)化建議：在船舶設計階段，充分利用附連水質量的計算結果，對船體形狀、結構參數(shù)等進行優(yōu)化設計，以減小附連水質量對船舶性能的不利影響。在船舶運營階段，根據(jù)不同的航行工況和海況，合理調整船舶的航速和航向，以降低附連水質量對船舶性能的影響，提高船舶的運營效率和安全性。七、結論與展望7.1研究成果總結本研究圍繞小水線面雙體船附連水質量計算方法展開，通過對理論計算方法、數(shù)值計算方法和實驗測量方法的深入分析，提出了改進與創(chuàng)新的計算方法，并通過案例分析驗證了新方法的有效性，取得了一系列具有重要理論和實踐價值的研究成果。在理論研究方面，深入剖析了小水線面雙體船附連水的形成機制和作用，明確了附連水質量的概念和影響因素。詳細闡述了勢流理論、邊界元法等理論計算方法，以及有限元法、CFD方法等數(shù)值計算方法，分析了各方法的基本原理、計算步驟和優(yōu)缺點。勢流理論基于理想流