1.1 研究的目的及意义

随着海洋权益的争夺和海洋资源的开发日益瞩目，海上交通工具的发展也应运而生，其中滑行艇以其良好的机动性能和高速性能得到了广泛的应用。滑行艇定义为在水面上高速运动时处于滑行状态的小艇。由于其存在“航速高、吨位小、操纵灵活”的特点，因此无论是在军事或民用交通方面，都具有相当的重要性地位。在军用方面，采用滑行艇艇型的主要有鱼雷艇、导弹艇、炮艇、猎潜艇、工作艇、侦察艇、布雷艇等；在民用方面，采用滑行艇艇型的有游艇、赛艇、交通艇等[1]。

滑行艇在水面上高速航行，不同于传统的排水型船舶，是依靠水动升力抬升船体以减少艇体浸湿面积从而达到减阻的目的，在此过程中常伴有砰击、上浪和飞溅等现象发生。滑行艇的水动力性能对航速及安全性能影响较大，国内外的研究人员对其的研究也日益增多。但是滑行艇高速运动时本身所固有的非线性，且航行姿态受航速以及海况的影响较大，故在不同航行状态下，影响艇体水动力性能的因素较多，对滑行艇水动力性能的研究也远较常规排水船困难。

传统上，对于滑行艇水动力性能的研究大多是通过船模试验来完成的。该方法能直接、准确地了解滑行艇的水动力性能。然而，船模试验难度较大，必须有拖曳水池、高精度的传感器和与真实船有较高相似性的模型。因此，要进行模型试验，需要大量的时间、人力和物力。另一方面，滑行艇设计者经常使用的理论公式，很大程度上依赖于经验，在实际设计中应用性不强。精确地分析对于研究船体运动中的特点起着重要作用，主要是因为它们在各种海况下最佳并可靠运行的重要性。这些船体的结构设计也很重要，因为这直接影响到它们的重量，成本和运输的载荷[2]。而近年来，船舶CFD技术逐渐发展起来，随着CFD的计算精度的逐步提高，对船舶的水动力性能数值模拟己基本上能够满足实际工程的技术要求。

本文采用半经验回归公式和系列图谱资料等方法，首先对滑行艇的阻力的耐波性进行估算和预报，通过不同艇型方案的比较，得出满足任务要求的船型方案。在此基础上应用先进的CFD方法对滑行艇的数值模型进行详细具体的水动力性能分析，其中包括数值计算所得阻力成分分析、航行过程中船壳表面的压力分布及两相分布、自由液面的流体形态等流动细节分析。基于上述研究内容，定性及定量分析主要艇型参数对水动力的影响，这对于小型滑行艇的设计具有重要的指导意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

在研究滑行艇水动力性能方面，国外获得了不错的成绩。如：美国的Davidson实验室进行了多次船模试验，主要对滑行艇在波浪中航行时的水动力性能进行了全面的分析[3]，Davidson实验室水池还进行了棱柱形滑行艇模型在规则迎浪及不规则波中的耐波性系列试验，得到了各主要因素对波浪中运动响应的影响规律。瑞典皇家工学院(Royal Institute of Technology KTH, Sweden)的A.Rosen和K. Garme利用船模进行试验，对V型滑行艇在静水中航行时的水动力性能和动压力进行了研究[4]。Hassan Ghassemi[5]等运用组合方法对静水中滑行艇的水动力特性进行了研究,包括应用边界元方法求解压差阻力,边界层理论求解摩擦阻力以及解决喷溅阻力的有效办法。Hui Sun[6]等运用2D t理论求解在波浪中滑行艇运动的非定常问题,应用边界元方法解决二维初始边界值问题。Ahmad Reza Kohansal[7]等对不同滑行艇艇型进行数值建模, 并运用基于边界元方法的数值算法对滑行艇水动力特性进行了预报分析。国立首尔大学对高速牵引船舶进行了模型试验。在静水试验中，在不同的弗劳德数时同时测量其航态和阻力。在不同波长的规则波时测量垂荡和纵摇运动，并且对船型耐波性进行分析[8]。

近年来，随着CFD技术的崛起，CFD技术现在己成为研究滑行艇水动力性能的重要方法之一。

通过CFD软件对滑行艇的水动力性能进行分析研究，国外的技术目前比较成熟。如英国的格拉斯哥大学((Universityof Glasgow)的研究人员，利用CFD技术和船模试验对水面艇在静水中的受力情况进行了计算分析，同时与他人的研究结论进行了对比[9]。因为设备精度不高，得到的结果和CFD的计算结果有一定程度的差距。新西兰TNZ公司利用Fluent模拟了滑行艇的运动，计算时，顾及了空气和水的共同影响，对船体、舵以及各部件进行了受力分析，得到的结果和试验结果差别不大[10]。日本研究员Hajime Kihara采用边界元方法数值模拟了滑行平板周围流体的流动情况，研究了平板的飞溅现象[11]。奥克兰大学的Viola等人基于两条不同快艇2自由度(纵倾和升沉)的数值仿真，研究了它们的水动力特性[12];并根据试验结果，研究了影响 CFD计算精度的相关参数。

1.2.2国内研究现状

我国针对滑行艇的实验研究较国外要少，其中海军工程大学和武汉船舶研究所对深V型滑行艇在线性波浪中的运动进行了试验研究，比较了滑行艇在静水和波浪中不同的航行情况[13]。海军工程大学利用国家实验室，分别对不同滑行艇模型进行了模型试验，针对断阶滑行艇，研究了不同喷气方式的减阻效果以及实施途径，设计出一种利用气层减阻的新艇型[14]。除此之外，岳国强[15]等分析了影响深V型滑行艇静水阻力的主要因素, 得出在考虑获得较优阻力性能的前提下较好的斜升角度数。董文才[16]等提出了滑行艇纵向运动的基本假设及预报滑行艇纵向运动的滑航法,指出在预报滑行艇纵向运动时,低速宜采用全排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法。许蕴蕾[17]等对滑行艇高速航行时的动态阻力进行了估算,并结合船模试验数据进行对比分析,证明基于水动力分析的阻力估算方法的工程实用性。