摘要
船舶减阻在船舶研发和设计中占有非常重要的地位。当船舶的主机功率和推进效率一定时，阻力越小船舶快速性能越优。对于民用船舶而言，减阻可提高船舶的经济性指标；对军用舰艇而言，降低阻力和功率，可提高舰艇的快速性、提升有效利用空间和整体作战性能。因此，船舶减阻技术一直是新船型研发、船舶设计，乃至船舶工程、船舶水动力学及舰船科技等研究的热点问题。 船舶减阻方法很多，如通过船型优化、加装阻流板、改变船体周围的流体介质等，其中通过空气隔离船体和水来降低船舶阻力的方法已经得到共识，该方法简便、环保，对新研发船型和在航船舶均可适用。尤其对更加强调快速性的滑行艇而言，通过减阻可以扩大艇体的有限空间，同时提升综合航行性能，这也是目前研究的热点问题。艇型、航速、滑行水域等变化均会带来气层和气层减阻效果的变化。艇体底部较优的凹槽设计有利于气层的稳定性。因此，如何根据艇型特点生成良好的气层生成方案，是滑行艇气层减阻的关键问题和难点问题。 本研究将气层减阻技术用于滑行艇，通过数值模拟与试验研究，针对一种新型滑行艇进行了气层生成和气层减阻研究，进行了气层生成的凹槽构型和优化研究。基于多相流理论，研究了气层滑行艇的数值模拟方法，研究了气层滑行艇计算域的网格划分技术，验证了算法和网格的收敛性。利用数值模拟方法进行了多参数影响的气层减阻滑行艇的阻力和航态等预报研究。研究了凹槽形状、通气量及通气方式等对滑行艇减阻和航态等影响。通过不同气层布置方案滑行艇的数值模拟，综合选取较优方案进行模型试验，通过船模试验对数值模拟方法进行了对比验证，论证了所给出数值模型的可行性和精度，也通过试验对真实情况下气层的分布进行了研究。 研究表明，滑行艇气层减阻能力随着航速的提高而逐渐增大。通气状态可以降低滑行艇的阻力。通气量的增加会改变滑行艇的航态。本研究给出的凹槽构型和减阻方案存在饱和通气量，达到饱和通气量后，继续通入气体不会显著增加减阻效果。开孔方式会影响滑行艇的气层覆盖情况，向船尾方向开孔更利于气层的生成与覆盖，而更多的开孔会降低每个开孔处的压力，有利于艇体结构稳定。凹槽长度对滑行艇的航态以及艇体尾部的兴波影响不大，但是加宽凹槽会明显减小滑行艇的尾倾及增大升沉。本研究给出的气层生成凹槽方案具有较好的减阻效果。
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