基于MAXSURF建模的100客位三體船型線設計

黃黎慧

摘 要：三體船由一個主體和兩個小片體組成，其設計比一般的單體船要復雜一些。本文采用型船改造法，借助MAXSURF軟件對100客位三體船建立模型，生成并優(yōu)化型線，同時進行靜水力曲線計算，可提高三體船的設計效率與精度。

關鍵詞：主尺度;靜水力;MAXSURF;模型

中圖分類號：U661.311 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）31-0091-03

Design of 100-seat Trimaran Based on MAXSURF Modeling

HUANG Lihui

（Wuhan Technical College of Communications，Wuhan Hubei 430065）

Abstract： The design of the three-hulled ship is more complicated than that of a typical single-hulled ship. With the help of MAXSURF software， the model of the trimaran with 100 passengers was built. The model line was generated and optimized， and the static hydraulic curve was calculated at the same time， which could improve the efficiency and accuracy of the trimaran design.

Keywords： principal dimensions;hydrostatic;MAXSURF;model

三體船由一個主體和兩個小片體（也稱為輔船體、側體）構成。作為主要的船型幾何特征，主船體長寬比[LB]一般為13～18，片體的長寬比較主船體大，一般達到25，更為細長;片體的排水量較小，一般不超過主船體排水量或總排水量的10%。這種類型的三體船稱為小側體三體船，穩(wěn)性較好，高速航行時阻力小;具有優(yōu)良的耐波性;甲板面積大，便于艙室布置和設備安放，這一優(yōu)點對客運船等一系列布置地位型船具有重要的意義。

1 主尺度的確定

1.1 主尺度的初定

本船參考一條712客位三體客貨運輸船的總布置情況，結合設計要求，綜合考慮參考船的外觀形狀、內部布置等條件的前提下繪制100客位客船布置草圖[1]。同時，根據《國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則》（2011）、航區(qū)特點以及相關文獻資料，初步確定本設計船主尺度，如表1所示。

1.2 主尺度的優(yōu)化

在保證滿足本船布置地位的條件下，改變設計船的橫縱向偏距，產生不同[aL]、[2b/B]及[Fn]。查閱圖譜[2]得出不同剩余阻力系數(shù)，計算不同方案下的船舶單位排水量阻力，選擇阻力較小且經濟性較好的方案。方案比較如表2所示。

由表2可得：當側體橫向偏距與主體船長之比[aL]達-0.32，阻力性能明顯變好。這主要是因為此時其剩余阻力系數(shù)顯著減小。考慮到實際航行工況和避免流動堵塞，縱偏距與主體型寬[2b/B]之比取2.6。在此基礎上再增加船長如方案5、方案6，單位排水體積阻力雖有所減小但減小幅度不大，且排水量增大，總阻力減小幅度很小，經濟效益不好。因此，選擇方案4為最終方案。

2 基于MAXSURF的型線圖繪制

2.1 型線繪制方法概述

本船型線的繪制采用型船改造法，選取與本船主體相近的船型作為參考船，通過改造，得到型船設計要求的型線。具體的改造借助于三維設計軟件MAXSURF，根據參考船型線在MAXSURF中建立參考船模型，然后對參考船進行仿射變換，生成和新船主尺度相同的模型，之后對生成的模型的型線參數(shù)進行修改，得到要設計船的模型。最后，在MAXSURF中導出設計船型線，對導出的型線進行小范圍修改、光順，即得到新船型線。

2.2 參考船的選擇

通過對設計船進行分析，其應該有如下特征：圓舭、尾、短折角、菱形系數(shù)[Cp]適當大，浮心縱向坐標位置也適當靠后。根據這些特征選取合適的參考船主尺度，如表3所示。

2.3 采用MAXSURF軟件建模

由于本船為三體船，因此，在建立模型時，將主、片體建模分開進行。首先，通過在MAXSURF軟件內設置相似模型，將其輪廓及型線調成與參考船一致的模型;由于設計船與母型船的主尺度不同，為了借鑒母型船的優(yōu)良船型，須對參考船進行放射變換，即將母型船的主尺度在長度方向按垂線間長比放縮，寬度反向按型寬比放縮，高度方向按型深比放縮，得到中間船型;得到設計船樣模后，對其橫剖線圖、縱剖線圖、半寬水線圖進行調整，使其排水量、方形系數(shù)滿足預先設計值。按照之前設計的浮心縱向位置調整型線，最終使型線達到三向光順。調整光順后的設計船主體部分。

由于片體所占排水量較主體小，阻力部分占總阻力同樣較小，因此其形狀應選擇較為削瘦的船型，長寬比應選擇較大值。本文設計的船的片體型線以一三體船模型的片體為參考船型，與主體設計步驟相同，進行放射變換，然后進行詳細調整，使其吃水與預設排水量相匹配。

最后，運用MAXSURF軟件導出已經設計好的橫剖線圖、縱剖線圖、半寬水線圖，分別如圖1、圖2和圖3所示。

3 靜水力計算

3.1 橫剖面面積曲線圖

利用MAXSURF軟件得出模型的橫剖面面積曲線。單主體及主體與兩片體同時存在時的完整橫剖面面積曲線分別如圖4和圖5所示。

3.2 靜水力曲線圖

完成型線圖繪制后，在MAXSURF軟件中轉換到計算靜水力的模塊，通過之前建立的三維模型，由軟件自行計算生成所需的靜水力曲線，導出曲線數(shù)據，在CAD中畫出靜水力曲線圖，如圖6所示。

3.3 邦戎曲線圖

邦戎曲線是以吃水為縱坐標，以橫剖面面積[As]和橫剖面面積對基線的靜矩[Moy]為橫坐標所繪制的曲線。在邦戎曲線圖中，分別對船長、型深采用不同比例，以節(jié)省圖紙。圖7為本文設計的船的邦戎曲線圖，其中，比例為吃水：1cm=0.3m;橫剖面面積：1cm=3m2;橫剖面面積對基線靜矩：1cm=4m3。

4 結語

三體船的設計不同于單體船，不僅需要考慮主體，還需全面考慮兩片體的各項要素。MAXSURF可以真正創(chuàng)建三維NURBS曲面（而非二維NURBS曲線），對三體船的主體及片體進行三維建模，從而快速、精確地設計并優(yōu)化出所需的主船體、片體型線，并進行性能計算，提高三體船的設計效率與精度。

參考文獻：

[1]王中，盧曉平，詹金林.高速三體船的水動力學和船型研究新進展[J].船舶力學，2011（7）：813-826.

[2]王中，盧曉平，付攀.側體位置對三體船阻力影響研究[J].中國造船，2009（2）：31-39.