发布时间 : 星期日 文章ittc船舶水动力 - 图文更新完毕开始阅读f44f0f37ee06eff9aef8078c
倾向性，建议选用各国水池用得最多的谱公式即可。为此ITTC还推荐了较好的标准化参数。由于试验设施、造波装置和过程控制等原因，水池生成的波谱不可能与目标谱完全一致，尽量缩小两者的差异是试验技术先进性的标志。目前，分析这种差异的手段首先是水池生成波浪的精细测量和分析，特别是方向波这个难点，对此，合适的传感器阵列布局和波高测量精度同样重要，在这方面，激光和红外照相跟踪系统测量新技术的应用值得关注。其次，为了缩小这种差异也必须抑制和消除水池生成波浪中各种各样的不该有的多余贡献，这主要包括岸壁和池底的反射与绕射波、波流干扰引起的波系不稳定性和空间位置变化影响以及有限水域和浅水造成的非线性寄生波等。因此，主动消波技术、数值波浪水池（NWT）和CFD分析方法也是目前该领域的研究热点之一，其中，方向波的主动消波技术还在发展之中，多余贡献的数值分析方法在水池试验中的应用仅处于早期阶段。此外，极限波浪、有限水深和浅水波浪等强非线性现象及水池模拟和测量分析辨识都是需要深入研究的难点。
关于水池中风和流的模拟，从近十多年ITTC的评述来看，总体上讲发表的文献不多，研究进展也不大。目前，洋流垂向剖面的模拟有少量文献发表，但要在水池中再演甚为困难。流和波的相互作用研究大多针对浅水情况，流又导致波场的不均匀性和反射作用增强，所以流上的波浪模拟也十分困难。风的模拟大多仍采用风扇，且仅考虑平均风力的模拟，风场的时空不稳定、不均匀特性，风谱和风与波的相互作用的模拟以及换算问题都是极具挑战性的研究课题。或许CFD将来能有助于这些问题的理解并形成水池日常可用的模拟方法，但至少在目前CFD还无竞争力。可见，风浪流的水池模拟也是非常困难的。 3.2.6 高速船专题研究方向
高速船早期也称高性能船，主要指不同于排水型船的滑行和半滑行艇、水翼艇、气垫船、小水线面船和地效船等船型，现在，似将多体船、复合形高性能船也纳入其中统称为高速船。高速船委员会始立于第16届ITTC，第23～25届ITTC中断，下届ITTC又将恢复设立专家委员会专
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门研究多体船问题和修订现行高速船的模型试验规程及功率性的预报方法。
ITTC范围内的高速船研究主要包括模型试验技术和性能预报方法、动力不稳定现象以及安全性评估准则。目前，高性能船的阻力、推进、操纵性、耐波性、结构载荷和动力不稳定性模型试验推荐规程或指南已基本形成，但有些问题的处理在规程中无法统一或无法考虑，如空气阻力和附体阻力试验方法、飞溅阻力测量及其尺度效应估算、形状因子问题、空泡和通气效应模拟、地效船的底部边界模拟、涌浪模拟和遭遇波测量以及高速运动对堤岸的冲刷试验等等。
高速船的安全性与动力不稳定性紧密相关，ITTC研究安全性的主要目的是改进和补充IMO相关标准，开发实船安全性试验评估准则。安全性不仅涉及人的生命，而且也包括环境安全（如减小冲刷），因此需要采用多学科融合的方法来研究，包括水动力学与风险分析、行为科学、海岸工程等学科的交叉。目前，这方面需要进一步研究的重点有：深水／浅水和近场／远场高速船冲刷效应的理论预报和实尺度测量、高速船动力稳定性和极限运动特性分析、操作和人为因素影响、导航与自动控制技术、安全性指标及其与水动力性能的关系等等。 3.2.7 冰海航行性能专题研究方向
自从第15届ITTC开始设立冰委员会至今已经30年，足以可见ITTC对这一方向的研究是十分关注的。顾名思义，该专题方向的特色在于一个“冰”字，故其主要研究内容是冰海中海洋工程结构物和船舶航行性能试验与数值预报规程，重点是冰特性的模拟和冰／船相互作用研究。目前，模型冰力学特性（弹性模量、可压强度、破裂韧性、重量与浮力以及模态等）推荐试验规程已经形成，并提出了基准检验试验方案。冰池中的船舶阻力试验及不确定度分析推荐规程也已建立，包括试验方法、阻力计算公式、不确定度分析基本方程及计算方法和实例，并提出了基准检验试验方案。此外，冰－桨相互作用的敞水试验、冰－垂直圆柱相互作用试验以及近海结构物的冰载荷试验研究也做了大量工作，并正以
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此为基础来开发冰池吊舱推进装置试验规程和柔性结构物冰载试验方法。由于问题的复杂性和物理模型试验不确定因素太多（增加了大量的冰模拟不确定源），因此总体上讲该研究方向的进展缓慢。或许数值模拟能推进其发展速度，但目前尚未看到它的竞争力。 3.2.8 共性基础技术专题研究方向
这里的共性基础技术主要指的是ITTC各技术委员会共同关注的试验和数值模拟中的基础性技术，目前包括现代船舶水动力学中的CFD技术、流动精细测量技术以及不确定度分析技术。由表3和表4可见，以往这些技术的研究均包含在历届技术委员会的任务之中，正式设立专家委员会作为专题研究则还是最近两届ITTC的决定，显而易见，其主要目的是总结补缺、梳理重点，并指出进一步的研究需求。
不确定度分析是试验验证两大重要环节（即基准检验试验和不确定度分析）中的一环。自从第20届ITTC质量控制组正式提出要在ITTC范围内实施试验的不确定度分析程序以来，几乎所有技术委员会的任务之中都包含了此项内容，尽管历届技术委员会也都针对本领域的研究提出并形成了各种试验和数值模拟的不确定度分析指南或规程，但随着不确定度分析技术自身的迅速发展和船舶水动力学新方法和新技术的不断涌现，现有的相关指南或规程与ISO要求的一致性、自身的严密性和规范化以及体系的完整性均需要重新审视和改进或补缺。总体上讲，相对简单的试验不确定度分析规程是修订问题，而对于包含很多变量或环节的复杂试验、预报和数值模拟的不确定度分析规程则需要重编或开发新规程。目前，该方向上的研究重点有：功率性能试验预报不确定度分析，它涉及阻力、敞水和自航试验以及外推方法乃至海洋环境条件影响等众多环节和导出量的不确定度分析技术；操纵性和耐波性试验不确定度分析，它们需要从过多的不确定度来源中合理选择对不确定度有显著影响的参数，定常和非定常物理场的不确定度分析，它涉及场和分布的不确定度分析方法问题；CFD的不确定度分析，这是一个需要深入研究的问题，因为现有ITTC推荐规程尚有不少争议。
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船舶与海洋工程领域的EFD和CFD研究发展到今天，时空变化的物理场的精确模拟和测量已经成为水动力学技术大跨度发展的“瓶颈”。目前，船舶与海洋工程水动力性能预报和评估研究领域正在发生深刻的变革，其标志性技术主要有三项：第一，借助于超级机的水动力学方法的应用，即CFD技术；第二，标定船模试验池的高精度测试技术，特别是物理场的精细测量；第三，水动力学试验和计算的不确定度分析。这三项标志性技术正是第25届ITTC不确定度分析专家委员会和下一届ITTC将设立的精细流场测量和CFD专家委员会的研究对象。事实上，水动力学研究的核心任务也就是要了解高雷诺数下的湍流现象，预报和控制这种复杂现象及平台的各种响应。由表4可见，精细流场测量的研究重点将是尾流、分离流和涡流的PIV、SPIV、PTV、LDV和全息摄影等光测技术的应用，而CFD的研究重点将是阻力、推进、操纵性、耐波性及其学科交叉领域中的定常、非定常和实尺度流动的数值模拟方法，特别是自由面流动的强非线性现象和响应、非定常流动现象和响应、湍流精细结构及物体表面影响的模拟研究。
4 ITTC水动力学研究重点分析
如前述，ITTC水动力学研究的主要目标是为船舶与其它海事装备提供模型试验、数值模拟和实尺度测量的方法和技术，其主要任务是依据物理和数值模拟结果向设计、建造和使用部门提供关于实尺度性能的信息和改进意见。为了实现上述目标任务，ITTC将任务分解到一般委员会，负责有普遍意义的、长期的学科领域研究；以及专家委员会，负责适时的某个专题方向的研究。这些领域和方向的研究成果，包括研究现状、存在问题、热点或难点和需要进一步研究的重点在前一章中已作了简要的描述，为清晰起见，本章按实现目标的方法和途径重新进行归纳，以便为我国船舶与海洋工程水动力学研究规划的研制提供参考，其分析思路如图1所示。
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