ITTC及船舶水动力学研究方向与重点分析Word格式.docx

1、4.4 设计应用能力研究重点 404.4.1 新船型设计及其综合航行性能分析和优化 404.4.2 新型推进装置设计及其性能分析和优化 404.4.3 环境效应评估与安全性设计 415 结语 416 参考文献 411 前言2008年对于我国船舶水动力学研究群体来讲是值得庆贺的一年。这一年是中国造船工程学会船舶力学委员会成立30周年，这一年又是中国加入ITTC30周年，并且就在这一届ITTC大会上14位中国专家当选了ITTC的执行委员会（EC）、顾问委员会（AC）和技术委员会（TC）的委员，在委员数量上仅次于日、美而首次位居世界第三。这一成就从一个侧面反映了我国船舶水动力学研究的国际地位犹如我国

2、造船产量一样蒸蒸日上。ITTC是国际上船舶水动力学界最具代表性和权威性的民间学术研究组织。自从1932年John de Meo博士提出倡议，并于次年召开第一次国际水池主任会议即现在的ITTC以来，ITTC的规模迅速壮大。迄今，参加ITTC的国家已增长了2.5倍，代表数则扩大了10倍之多。那末，为什么ITTC会有如此大的吸引力呢？ITTC究竟能为世界各国的船模试验池、船舶水动力学研究所乃至船厂和航运部门提供哪些帮助和贡献呢？ITTC对我国船舶水动力学的发展又有什么样的作用呢？这就是本文试图回答的问题。本人曾有幸作为观察员参加了第20届ITTC大会，后又相继担任第21届ITTC阻力与流动委员会的委

3、员、第22届ITTC的顾问委员会和执行委员会的委员及第23届ITTC的顾问委员会委员。并且在第22届ITTC期间还作为大会组织委员会的中方主席与韩国共同组织了在汉城和上海举办的ITTC大会，深切体会到要成为ITTC的成员组织并不容易，而要举办ITTC大会就好像“申奥”一样更不容易，然而，参与ITTC的活动，了解国际上船舶水动力学研究的态势以及重点和热点，无疑对我国船舶水动力学的跨越发展是至关重要的。2 ITTC发展史简介1932年在Hamburg召开的一次国际水动力学会议期间，John de Meo博士提议要在船舶推进领域中开展国际合作，并得到了一些水池负责人的响应。于是，在1933年7月由荷

4、兰的Troost教授提出邀请，在Hague召开了第一次国际水池主任会议，这就是后来的ITTC。当时只有美、英、法、德、意、日、奥地利、荷兰和挪威的23名代表出席了会议。1934年、1935年又分别召开了第24届国际水池主任会议，后因二战而暂定。从1948年第5届会议开始，每3年开一次大会的规定实施，并在1954年第7届大会上否决了将国际水池主任会议改名为国际船舶水动力学会议的提议，而正式定名为国际拖曳水池会议（ITTC）。历届ITTC大会的概况统计在表1之中。可以看到，七十多年来ITTC的规模发展十分迅速，参加的国家增长了二倍半，代表人数扩大了十倍左右。ITTC如此强大的吸引力显然来自其服务宗

5、旨和所发挥的巨大作用。表1 历届ITTC大会举办时间、地点和规模一览表届序时间地点国家数代表数成员组织数11933.7.1314荷兰，Hague92321934.7.1013英国，London112531935.10.24法国，Paris81941937.5.2628德国，Berlin102951948.9.141774661951.9.1015美国，Washington136871954.8.1931Scandinavia177781957.9.1523西班牙，Madrid219391960.9.81685101963.9.411英国，Teddington2288111966.10.1120

6、日本，Tokyo1897121969.9.2230意大利，Rome172131972.9.414德国，Hamburg & Berlin13480141975.9.211加拿大，Ottawa2410971151978.9.31031152161981.8.319.9前苏联，Leningvad26166171984.9.815瑞典，Gothenbory3220981181987.10.1824日本，Kobe22383191990.9.162223594201993.9.1925美国，San Francisco36213107211996.9.1521挪威，Trodheim27186221999.9

7、.511韩国和中国Seoul & Shang hai30218111232002.9.814意大利，Venice208115242005.9.410英国，Edinburg214113252008.9.1420日本，Fukuoka1352.1 ITTC组织与章程的演变第1届ITTC只有一个4人委员会，负责给出一般意义上的技术结论。第5届开始任命了一个6人常委，负责两次大会之间的日常工作，直到第10届前ITTC的组织均由他们管理，期间，围绕ITTC的目标、成员和代表资格等问题争论不休，一些代表认为ITTC应由对船厂和船东负直接责任的水池主任来控制，而另一些代表则认为ITTC的成员资格应对所有拖曳水

8、池、船舶水动力学实验室或模型水池开放。为此，常委起草了一个章程，并在第10届ITTC大会上获得通过。该章程可以说是ITTC第一个正式发表的章程，其中明确ITTC的目的是“促进解决对水池主任工作有重要作用的技术问题，因为他们是给船厂和航运部门提供关于船模试验信息和建议的直接责任人。”章程还规定会议代表是拖曳水池或水筒、船舶研究协会或大学造船系的主任，并终止了常务委员会而设立执行委员会（EC），规定由成员组织代表组成的“控制团”来选举EC委员。尽管如此，随着ITTC成员数量的增加，一些主要拖曳水池还是担心ITTC会变成一个与水动力学关系不甚密切的散乱组织，不利于发展职业水池与顾客的关系，因为此时小

9、水池和大学、研究所的数量大大超过了大水池。作为折衷处理，第13届ITTC取消了“控制团”而代之以顾问委员会（AC），代表大水池向大会提出推荐技术委员会（TC）的咨询意见。第17届ITTC又将研究对象从船舶扩展到海洋工程和所有海事装备。这些变化最终体现在第21届ITTC大会通过的新章程中。第21届ITTC重新制定的章程中指出，ITTC的主要任务是促进解决船模试验池负责人十分关注的重要技术问题，因为他们的责任是依据物理和数值模拟结果向船舶与其它海事装备的设计、建造和使用者提供关于实尺度性能的信息和意见。ITTC的目标是促进船舶与其它海事装备水动力学各领域的研究以改进模型试验、数值模拟和实尺度测量的

10、方法；推荐相应的规程和确认实尺度测量的精度以保证质量；提供信息互换平台。该章程还对ITTC的成员资格、组织结构、各委员会及大会举行的次数等问题都作了具体规定，形成了沿用至今的体系结构：ITTC大会是确定方针、决定主题、选举EC和TC主席及任命TC委员的最高权力机构；EC由各大地理区代表组成并对ITTC大会负责；AC成员由EC提名并对EC负责；TC主席和成员也由EC提名，但由ITTC大会任命并对大会负责。2.2 ITTC EC和AC的演变EC始建于第10届ITTC，那时有8个委员，任期6年。它实际上是原常委会的继承。第13届ITTC修改章程时又明确EC应执行大会决定的政策并提议TC主席和成员。第

11、21届ITTC则进一步明确EC主席就是ITTC主席和主办下届ITTC大会的成员组织的代表。现在的EC通常由7名有投票权的委员组成，其中除主席外的其他6名成员为现行六大地理区的代表，即美洲、太平洋岛、东亚、中欧、北欧和南欧的代表。东亚地理区始建于第20届ITTC，目前仅包括中、韩两国，并经内部协商轮流担任EC委员。中国船舶科学研究中心（CSSRC）代表中国自第22届ITTC首次担任EC委员以来，每隔一届均会代表东亚地理区在EC中服务。AC始建于第13届ITTC，当时有24名代表，它实际上是原“控制团”的继承，其任务是根据当时ITTC的目标，向大会推荐研究主题，评述TC的建议并向EC提供咨询意见，

12、那时AC没有大学的代表。我国CSSRC从第15届ITTC开始成为ITTC的成员组织，并同时作为大水池代表进入了AC。第17届ITTC，丹麦赫尔辛基技术大学首先突破当时的限界成为AC成员，第18届ITTC我国上海交通大学也成功地加入了AC的行列。如前述，AC的成员资格是历届ITTC争议的焦点，所以第21届ITTC章程中专门规定AC成员必须满足三个条件：第一，AC成员组织的实质性工作（指收入的主要来源部分）必须是为顾客（商业顾客、政府机构、同一公司内的其它机构）所做的工作，并能对其船舶与其它海事装备性能预报的历史及正在履行的职责加以证实；第二，经TC证实，表明其有长期ITTC工作的历史；第三，有完

13、成ITTC领域内各种各样研究任务的能力。章程还规定AC成员组织每三年由EC对其中一半成员进行评估以重新确认其成员资格。章程也对AC的代表作出了规定：应是该成员组织的高级技术管理者，能对水动力学试验、数值模拟和实尺度测量的技术讨论发表有益意见，并有从组织上支持ITTC工作的权威性。2.3 ITTC TC结构的演变第5届ITTC之前，大会介绍论文都由个人提供。第5届开始才指定一些技术委员会来处理如空泡、螺旋桨和表面摩阻等问题。第6届到第9届ITTC的TC有螺旋桨和自航试验尺度效应委员会；表面摩擦和激流委员会；船舶适航性委员会；阻力和推进数据表达委员会。第1021届ITTC期间的TC有阻力、推进、空

14、泡、操纵性和耐波性委员会，另外，第11届ITTC首次设立功率性能委员会、第15届设立冰委员会、第16届设立高速船和海洋工程委员会。值得指出的是在第2021届ITTC期间，AC对TC的结构进行了详细评估并作出了重大调整，即设立几个永久性的一般委员会和若干临时性的专家委员会，前者有利于有普遍意义的学科领域发展评述的连续性，后者则可处理成员组织感兴趣的具体问题。第21届ITTC大会批准了这种调整方案，并从第22届ITTC开始实施。为清晰起见，表2列出了第21届26届ITTC所有TC和小组的变化情况。表2 第2126届国际船模试验池（ITTC）技术委员会和小组结构演一览表21届（19931996）22

15、届（19961999）23届（19992002）24届（20022005）25届（20052008）26届（20082011）阻力与流动阻力一般委员会推进器推进操纵性耐波性载荷与响应海洋工程冰专家功率性能实船试验和监测阻力、自航与敞水试验规程速度和功率试验功率性能预报伴流场表面处理伴流场换算高速海船（HSMV）高速海船安全性高速海船模型试验高速艇喷水推进非常规推进器喷水推进规程喷水推进规程验证全回转吊舱推进空泡螺旋桨空泡计算方法空泡诱发脉动压力水质与空泡大功率高速船螺旋桨和附体空泡剥蚀稳性船舶极限运动与倾覆波浪中的稳性环境模拟波浪海洋环境问题评估深水系泊稳态浮体系统涡激振动Esso Osaka

16、不确定度分析精细流场测量船舶水动力学中的CFD质量控制符号与术语质量体系小组 3 ITTC水动力学研究任务与发展方向分析从ITTC的发展史可以看出，其技术任务一开始仅局限于拖曳水池日常业务中水池主任们关心的重要技术问题的分析。随着船舶与航运部门需求的不断膨胀和船模试验池功能的迅速扩充，特别是作为物理试验补充和拓展的数值模拟手段的飞速发展，ITTC现在的技术任务无论是其范围还是内容都发生了深刻的变化。实际上，它几乎已经覆盖了船舶与其它海事装备水动力学研究领域的全部，只有水动力学基础理论和数值流体力学基础研究还需如ONR和船舶数值流体力学会议等补充。3.1 一般委员会的技术任务和结论分析ITTC每

17、个TC一般委员会负责一个有普遍意义的学科领域。其基本任务是评述本学科发展现状和水平，指出研究方向，进行有广泛影响的长期研究；其目的是建立指南或规程，帮助成员组织保证其产品和服务的质量，其研究重点是为实尺度性能预报提供先进、有效的物理及数值模拟方法和技术。具体地讲，各一般委员会的共性任务可归纳为： 调研和评述如下方面的研究需求和进展模型试验和外推方法；数值模拟和实用计算方法；基准检验数据和不确定度分析方法；实尺度测量和相关分析方法；新概念探索和设计优化方法。 评述、修订和开发本学科相关的ITTC推荐规程，指明模型试验、数值模拟和实尺度测量中对不确定度有显著影响的参数。为便于分析，表3列出了第21

18、26届ITTC各一般委员会的技术任务要点，从横向比较可以看出各学科领域研究内容的演变和发展趋势。应该指出，表列第26届ITTC TC的技术任务只是第25届ITTC AC的建议，因为它今年9月刚工作，所以以下分析不包括其研究结果。表3 第2126届ITTC各一般委员会技术任务要点演变一览表委员会阻力CFD在舶设计中的需求分析和用户指南框架。评述网格、涡流模式、近壁模型适用性；标称和实效伴流、形状因子计算能力。对现代船型作基准检验试验。评述CFD及其验证方法、不确定度分析研究进展。提出本学科典型试验实施指南和不确定度分析方法。评述CFD中的湍流处理方法，各研究机构对实例的不确定度分析应用结果。提出

19、深、浅水中纵倾与升沉、波形与波高、标称伴流试验规程、远场波和冲刷模型试验和外推方法。评述CFD进展：实船、自由面、湍流模拟、优化设计、不确定度分析规程、基准检验比较试验。评述EFD进展：物理场光测、远场波冲刷、湍流激励。评述自由面、碎波、方尾、纵向涡、转捩、粗糙度和降阻研究进展。远场波与冲刷、上层建筑气流场、国际性基准检验比较试验方法。远场波与冲刷、上层建筑气流场试验预报方法；本学科典型试验及模型加工推荐规程。评述CFD国际性基准检验系列比较试验。提出不同类型球首、高速船激流方法并纳入规程。研究附体阻力、吊舱阻力换算方法；基于新摩擦线理论的外推方法与形状因子。推进评述推进器面元法和RNAS代码

20、的应用及LDV试验验证技术。提出螺旋桨激流方法建议。评述非常规推进器理论和试验技术；高速船推进器。评述推进器设计分析方法研究进展，重点是尾涡模型以及回转、加减速、倒车和波浪中螺旋桨性能的研究。评述空泡性能试验中水质、粗糙度和湍流的影响。评述非常规推进器和组合式推进器数值模拟进展。评述空泡图形和形态描述规程；全回转推进器性能预报规程。评述组合推进器非转动部件尺度效应；桨舵干扰、水弹性对性能的影响。评述螺旋桨诱导实效伴流和空泡诱发脉动压力数值方法研究进展。评述浅水中推进性能、二次推力器性能预报设计研究进展；超大型螺旋桨振动、空泡、轴承力等问题。提出空泡试验螺旋桨加工规程。评述本学科典型试验和加工的

21、推荐规程。评述浅水中推进、二次推力器以及梢部纵斜桨、跨空泡桨、复合材料桨等非常规推进器研究进展。确认喷水推进基准检验试验及数据分析方法。评述空泡预报CFD方法。评述包括全回转推力器、柔性叶片推进器等新型推进器研究进展。评述吊舱推进、冰海航行船螺旋桨性能研究进展，修订或提出相应规程。研究改进ITTC 1978方法的可能性。操纵性评述符合国际标准的操纵性理论预报方法及标准模型。评述船舶操纵性、设计、航行安全性间的相互关系。评述操纵性试验中的尺度效应研究进展。促进高速船操纵性研究。比较操纵力的模型试验、半经验、计算预报方法，并与深水海试结果比较，特别是满载状态及后体形状和喷水推进的影响。评述浅水和限

22、制水域操纵性预报方法研究进展，包括船尾下沉。评述浅水、限制水域操纵性研究进展；高速船操纵性和控制特性评估方法。评述拘束模试验推荐规程；准备开发自航模试验规程，包括Z推和喷水推进；设计操纵性仿真模型验证规程。研究操纵性数值方法应用指南，探索限制水域、池壁影响、船船相互作用的数值方法。评述高速船、非常规船操纵性研究需求以及新试验技术与外推方法研究进展。修订拘束模、自航模试验规程。评述本学科典型试验推荐规程及考虑GPS等新技术和海洋环境影响修正的操纵性海试规程。评述高速船、吊舱推进船操纵性预报与衡准方法。协办操纵性仿真模型检验与验证专题研讨会，协助收集验证数据。基于专题研讨会成果，评述仿真工具包括R

23、ANS时域方法的优缺点和模拟能力，开发检验和验证指南及自航模试验不确定度分析规程。评述波浪中操纵性，堤岸、淤底、船船相互作用对操纵性影响的研究进展。耐波评述恶劣海况下船舶运动数值预报新方法，特别是非线性横摇倾覆机理与分叉。评述高速船、多体船耐波性理论与试验预报研究进展。开发长峰不规则波生成与模拟试验不确定度分析规程；消波岸反射特性评估规程。评述甲板淹湿、艏艉砰击、上浪冲击载荷研究进展；近海结构波浪载荷、低频运动、势力粘性力相互作用、水弹性问题研究进展。建立包括风浪和涌浪的短峰波标准波谱表达式。评述耐波性和海洋工程典型试验推荐规程，提出新规程研究需求。评述立管群、超大型浮动结构、高速船中的试验和

24、数值水弹性问题研究进展。开发耐波性计算代码的验证规程。开发耐波性频时域计算代码验证规程；参数型横摇幅值和风险率预报规程；波浪中附加阻力和功率增加预报规程；击振、艏艉砰击、甲板载荷等预报规程。研究实用耐波性衡准方法与指标。修订耐波性频时域计算代码验证规程，制定斜浪中耐波性基准检验试验要求。修订线性、弱非线性耐波性现象、稀少事件模型试验规程；编制不规则波中附加阻力和功率增加预报规程。组织非线性耐波性计算代码检验和验证专题研讨会，提出基准检验方案，开发相应规程。修订并完善波浪中功率增加预报规程；开发整体波浪载荷预报新规程。海洋工程评述系泊近海平台在短峰波中的慢振荡预报、风浪流外力特性研究进展。开发系

25、泊近海平台慢振荡时域计算规程、一阶和二阶波浪力及阵风载荷引起的极端响应组合、平均漂移力等预报技术。本届ITTC无海洋工程委员会（OEC），另设深水系泊专家委员会，其任务为：评述和推荐系泊系统在风浪流中的试验和数值模拟技术和规程。本届ITTC无OEC，另设稳态浮体系统专家委员会，其任务为：评述和推荐风浪流中稳态浮体系统试验和数值模拟技术和规程。评述动力定位辅助深水系泊系统研究进展，提出模型试验规程。评述深浅水中风浪流模拟与生成、主动消波和水池寄生波抑制技术研究进展，推荐不规则波方向谱模拟规程。评述带立管系泊浮体系统横摇预报方法；频域计算代码验证；百年恶劣海况中平台非线性效应模拟不确定度评估等研究进展。修订混合系留系统、油轮旋塔式系统模型试验规程。评述水池风模拟与换算技术研究进展。评述本学科典型试验推荐规程；多缩尺比模型试验方法。开发近海结构波浪载荷与响应预报的频时域代码验证新规程；草拟波浪载荷计算的非定常RANS代码基准检验研究方案。另外，涡激振动专家委员会的任务归入此处为：评述VIV和VIM试验和数值模拟研究进展，