一 绪论

本报告在对“高速排水型船节能轴支架数值研究”毕业论文任务书进行分析以及相关资料检索与总结的基础上，阐述了论文工作的意义及目的、研究对象的特点与发展现状、主要的研究内容和研究方法，并给出了论文的进度安排。

1.1研究意义及研究目的

1.1.1研究意义

进入21世纪以来，面对日渐短缺的自然资源和日益恶化的自然环境，“节约能源，降低排放”成为各行业发展的迫切需求。航运业作为交通运输业的重要领域，有着能耗大，排放高的特点，在这次“节能减排”的改革之中，其必将首当其冲。2008年，国际海事组织首次提出船舶排放标准的能效设计指数和能效运营指数，并确立了强制实施时间表，这预示着有大批不满足该排放标准的船舶将会面临淘汰。此外，受到国际金融形势的影响，航运业进入调整期，整个行业面临着较为艰难的生存局面，降低船舶营运成本，提高航运竞争力是各个国家和相关企事业单位亟待解决的问题。在这种背景下，船舶科技工作者在进行船舶节能减排设计时，节能附体的研究成为船舶行业当前的研究热点。节能附体的优化设计，一方面能够降低航运业运营成本，使航运企业更好地适应当下较为艰难的生存环境；另一方面，其能够降低船舶排放，实现绿色发展，减小船舶在营运过程中对环境造成的负面影响。

为实现船舶推进装置的安装以及稳性、操纵性等性能要求，船舶通常安装有舵、轴支架、舭龙骨和轴包架等附体。轴支架是高速排水型船常采用的连接螺旋桨轴系与船体的附体，但由于船艉流场复杂，工程应用中难以保证能够沿流线方向安装，这将给船舶航行带来较大的阻力增值；此外，轴支架位于螺旋桨的前方，其对桨盘面的伴流场存在较大影响，不均匀的伴流易使螺旋桨产生振动和严重的空泡，降低船舶的推进效率。如果轴支架设计合理，其能使附体阻力减少并延缓空泡产生，降低船舶所受到的激振力；此外，它能够在螺旋桨的进流位置产生一个与其旋向相反的预旋流，以达到提升推进效率的目的。

模型试验和实船试航都表明节能轴支架具有改善螺旋桨进流，节省动力装置功率，提高航行速度的作用，是一种型式简单，成本低廉，收益明显的水动力节能装置，具有良好的工程实用性。

1.1.2研究目的

论文以安装有轴支架的某高速排水型船为研究对象，通过相关流体力学原理和数值模拟分析轴支架位置和形状参数对船舶阻力和推进性能的影响规律，以提升船舶快速性能为目标完成轴支架形状、位置的方案优选，为今后相关研究提出合理化建议。

1.2研究对象概述

1.2.1高速排水型船概述

船舶在水中航行时，随着航速的提高，船体所受到的流体动升力逐渐增大，航态也会较静浮状态发生明显变化，并对船舶的航海性能产生影响。依据船体所受到的流体动支持力的大小，可以把船舶运动大致划分为三种典型航态^[1]：航速较低时的排水航行状态，航速较高时的过渡（半滑行）状态，以及航速很高的滑行状态。

高速排水型船属于排水（半滑行）船舶，其容积傅氏数处于1.0-3.0之间，航态较静浮状态有明显的变化，船艏上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。在这种状态下，船体的流体动力较排水状态明显地增大，阻力特性与航态关系密切。

高速排水型船广泛应用于交通、缉私、海监及军事等领域，快速性是此类船舶设计中的重点内容。该船型推进方式多为双桨或多桨推进，且往往采用轴支架类型的推进轴系。轴支架位于螺旋桨前方，周围流场复杂，对于船舶的阻力与推进性能都存在着显著影响。因此在进行该类船舶快速性研究时，节能轴支架的设计研发是不可或缺的部分。

1.2.2节能轴支架概述

大部分水面舰船均安装有轴支架，最初设计者仅将轴支架作为增强船舶轴系稳定性和防止发生断轴事故的一种装置，在研究船舶阻力特性时，只考虑其所带来的阻力增值。节能轴支架^[3]是将轴支架视为二叶定叶轮，且螺距角与其后的螺旋桨相反。水流在流经轴支架后会在螺旋桨盘面处产生一个与桨旋转方向相反的预旋流，借以改善螺旋桨的进流，减少能量损失。此外，如果轴支架两支臂的设计能够与船体伴流配合得当，其还能够产生一个附加推力，改善船舶的阻力性能，达到节能效果。