船舶力学JournalofShipMechanics文章编号:1007-7294(2004)04-0027-08船舶航行时水动力系数求解二维半理论的稳定算法段文洋，马山(哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：给出一种基于高速细长体理论的预报排水型船在波浪上运动水动力求解的数值方法。在该理论的定解条件中，自由面条件是三维的，而控制方程和物面条件则是二维的，所以称为二维半理论。采用二维时域自山面Green函数将定解问题转化为船体切片上的积分方程，进而求解有航速下的船舶水动力问题。重点讨论了水动力计算的稳定算法。对ITTC建议的标准WIGLEY船型作了理论预报，并与DELFT大学的实验结果和用STF切片法的理论预报结果作了比较。比较结果表明，木文提出的二维半理论的预报结果与试验结果相当接近，而计算效率和切片法相当，且大大改善了理论预报的精度。关键词：船舶耐波性；水动力系数；二维半理论；时域Green函数；稳定算法中图分类号：L661.3I3文献标识码：AAStablealgorithmof2.5DtheoryforestimationofhydrodynamicforcesonshipswithforwardspeedDUANWen-yan^MAShan(CollegeofShipbuildingEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,Cliina)Abstract:Anumericalmethodforsolvingthehydrodynamicproblemofhigh-speeddisplacementshipispresented.ltiscalled2.5Dtheory,wherethefree-surfaceconditionis3Dbutthecontrolequationandbodysurfaceconditionare2D.The2Dtransientfree—surfaceGreenfunctionisusedtoformulatetheintegrale-quationonthestripsofbodysurface.Astablealgorithmforsolvingthehydrodynamiccoefficientsissented.NumericalpredictionsarecomparedwiththeexperimentresultsofaWigleyhullrecommendedbyriTC,aswellasthetheoreticalresultsbySTFstripmethod.ltisfoundthatthepresentmethodcangiveimprovedofthehydrodynamiccoefficientswithcomparativecornpulingtimeofSTFstripmethod.Keywords:seakeepingofship;hydrodynamiccoefficients;2.5Dtheory;transientfree-sui*£aceGreenfunction;stablealgorithm1引言近年來在船舶设计中，对于船舶耐波性的要求逐渐受到重视，特別是各类高速船型的发展，对波浪中船舶的运动性能理论预报要求越来越高。虽然工程设计中广泛采用切片理论来预报船舶的耐波收稿日期：2003-07-22基金项目：教育部优秀博士学位论文作者专项基金资助项目(199927)；国家自然科学基金资助项目(10272035)作者简介：段文洋(1967-),男，博士后，哈尔滨工程大学副教授。第8卷第4期2004年8月性，但是，人们早就认识到切片理论有航速效应的局限性及精度上的不足。文献［1］中针对IITC建议的标准WIGLEY船型系统比较切片理论预报结果和实验结果间的差异，指出除了垂荡运动水动力系数较吻合外,纵摇和耦合水动力系数都存在较大差异。七十年代中后期提出的高速细长体理论对切片理论作出了重要的改进，保留了三维有航速的自由面条件，而控制方程和物面条件则是二维的，在一定程度上体现了水波在船长方向的传播，故该理论又称为二维半理论叫自九十年代起，多位学者曾对二维半理论的数值实现方法，及其在船舶运动和波浪载荷方面的应用进行探讨。国际上比较典型的研究成果来自挪威叫H本叫中国台湾叫上述研究采用简单格林函数法求解二维半流场，不同的是对边界网格划分及时域步进格式和远方辐射条件的处理方法。哈尔滨工程大学近年来提出采用二维时域格林函数的物面非线性模型求解该问题叫克服了上述方法在流场数值求解上的经验因素，同时可提高计算的效率和稳定性。在二维半理论的应用中，我们发现，即使流场的求解是稳定的，由于航速效应的影响，水动力系数的值也与船舶受力的计算方法密切相关。核心算法再好，不同的后处理方式，直接影响其使用效果。为便于二维半理论的工程应用，本文对受力计算的稳定算法进行了仔细研究。本文首先对目前最新发展的二维半理论及其数值方法给以简述，然后针对标准WIGLEY船型，采用本文的二维半理论和常规STF切片法进行水动力系数的预报，并和rrrc推荐的荷兰DELFT大学试验结果进行比较。比较结果表明，本文提出的二维半理...