船舶的耐波性是衡量船舶水动力性能的重要指标之一。在作业海况下，船舶在波浪中的摇摆运动会降低船员和乘客的舒适性以及船员的工作效率，对船上设备的正常工作造成影响。而恶劣海况下，波浪中大幅度的船舶摇荡运动会导致船舶发生船底和外飘砰击、甲板上浪砰击等极端载荷，会导致人们不能正常作业，影响船舶正常航行，同时还会造成船体结构破损、各类设备损坏，过大的运动幅度和甲板上浪载荷甚至会使船舶发生倾覆。在船舶设计阶段，如何准确的预报船舶的耐波性能是改善船舶在风浪中性能的前提和基础。 当前在我国船舶设计领域，船舶耐波性评估主要采用欧美国家研制的软件，像Hydrostar，WASIM等，每年船舶设计公司都要向软件公司缴纳巨额的软件使用费。虽然我国国内各个大学和科研机构也开发了一些船舶耐波性分析软件，包括二维切片法、三维势流方法等，但在软件算法先进性和应用性投入不足，与国外有一定差距。为满足作业海况下船舶全浪向耐波性能评估需求，迫切需要研发拥有自主知识产权的耐波性评估软件。 按照工业和信息化部、财政部于2016年1月14日发布的工信部联装[2016]23号文，同意“数值水池创新专项（一期）”项目立项。该创新专项设置“软件系统集成与相关标准研究”等13个子课题。其中“船舶耐波性子系统研发”为其中一个子课题，简称为子课题5。 本项目由哈尔滨工程大学牵头，中国船舶工业集团公司第七〇八研究所，上海船舶运输科学研究所，中国船舶重工集团公司第七〇二研究所，中国船级社共同合作开发完成，经过课题研究，所开发的船舶耐波性势流预报软件，满足常规船耐波性设计优化需求，打破国外商业软件的技术垄断。所开发的船舶波浪增阻预报软件，将用于我国船舶设计中的波浪增阻评估，满足IMO法规对船舶波浪中阻力性能评估的需求。所开发的船舶上浪砰击载荷预报软件，用于我国船舶恶劣海况中大幅运动安全性评估，满足船舶设计部门对恶劣海况下船舶上浪砰击载荷结构安全评估的需求。 结合船舶耐波性发展需求，研发了船舶摇荡运动、船舶波浪增阻、船舶上浪砰击和船舶横摇阻尼虚拟试验测试系统。 船舶摇荡运动虚拟试验系统精度经过中船重工第702研究所大子样验证及法国BV船级社认证，并获得颁认证证书。与国际同类型商业软件WASIM软件对比，精度相当。在全浪向工况下，船舶摇荡运动虚拟试验系统采用的脉冲响应函数方法，辐射程序只需求解一次，因此计算效率较WASIM软件大大提高。 基于势流理论开发船舶波浪增阻虚拟试验系统，经过项目组标模、物理标模大子样验证，获得了中国船级社认证和法国船级社检验。与国际同类软件WASIM软件，在计算精度及效率均相当。目前该系统正在国内十余家船舶设计研发单位推广应用，获得了船舶业界的广泛认可与积极评价，并被中国EEDI专家组推荐为中国方案向国际海事组织提交提案。 直角网格CFD共性基础求解模块研发的船舶上浪砰击虚拟试验，开展了大量算例验证，从精度、效率、稳定性等多方面同现有商业软件或开源软件进行了对比分析。验证结果表明：在自由面追踪算法精度、大规模并行计算效率等方面，本项目研发的直角网格CFD共性基础求解模块都优于现有商业软件或开源软件。 项目开发了船舶摇荡运动等四个虚拟试验系统，申报了船舶摇荡运动、船舶波浪增阻等虚拟试验应用的五项国家发明专利，船舶上浪砰击模型试验测试方面的申报了五项国家专利，船舶耐波性虚拟实验系统软件著作权7项，其中4项已经获批。形成了船舶耐波性四个虚拟试验单机多功能版4项，发表相关论文16篇。 项目成熟情况 本项目结合船舶耐波性发展需求，研发了船舶摇荡运动、船舶波浪增阻、船舶上浪砰击和船舶横摇阻尼虚拟试验测试系统。 当前，船舶波浪增阻虚拟试验系统和船舶摇荡运动虚拟试验系统在我国十余家船舶设计院所和船厂获得应用，用于开展了船舶节能减阻船型优化研究，船舶风浪中阻力性能评估，工信部“二代完整稳性直接评估方法与实船操作指南研究”项目的研究等。特别是上海船舶研究设计院利用本项目开发的船舶波浪增阻虚拟试验系统，在新船型设计研发中用于了最小装机功率评估，安全返港主机功率估算，有力促进了新船设计订单的签订（ 63.5k散货船10条，65k散货船8条 , 400客豪华客船1条，2000客滚船1条）。本项目研发的虚拟试验解决了新船型开发中的关键技术，取得了显著的经济和社会效益。 本项目研发的船舶上浪砰击虚拟试验系统，采用了直角网格粘流算法，具有三阶的自由面流动模拟精度，可用于进行自由船舶在波浪中的大幅运动和上浪砰击载荷模拟，为恶劣海况下船舶极端砰击载荷评估提供了良好途径。基于本虚拟试验系统，项目组承接了708所某大型船舶恶劣海况下大幅非线性运动和上浪砰击载荷评估课题，支撑了该船型的研制工作，取得了显著的经济和社会效益。 本项目研制过程中，结合虚拟试验系统研发中的局部原理性验证需求，开展了大型集装箱船和超大型油轮的的船舶波浪增阻、上浪砰击和横摇阻尼模型试验测试试验。模型试验过程中，开发了新型的船舶上浪砰击和横摇阻尼测试装置，发展了相关的物理模型试验测试技术。其中基于船舶上浪砰击试验测试技术，进行了CV2200TEU 集装箱船首部上浪试验，开展了12470DWT 多用途船上浪试验。项目基于波浪增阻试验技术，开展了700P 客滚船模型试验，丰富了波浪增阻预报手段，为研制单位创造了经济效益。 未来将继续通过技术服务为更多的船厂、研究院、高校提供技术支持。 该虚拟试验系统成熟度为8级，已通过中国船级社和法国船级社认证，多家单位已对产品进行试用，证明可行，并出具了详细的工业应用报告。 该虚拟试验系统中的船舶摇荡运动虚拟试验求解器模块，经过了项目组标模、物理标模大子样验证，并且获得了法国船级社检验认证。当前，船舶摇荡运动虚拟试验系统在中国船级社上海规范所、中船708所、中船701所、上海江南造船集团等单位获得试用。船舶波浪增阻虚拟试验求解器模块，经过了项目组标模、物理标模大子样验证，并且获得了中国船级社认证和法国船级社检验认证。船舶波浪增阻虚拟试验在上海船舶研究设计院、中船702所、中船708所、上海船研所、大连船舶重工设计研究院有限公司、上海江南造船集团、上海外高桥造船集团国内十余家船舶设计研发单位推广应用。 应用范围 该研究成果适用于工程领域，用于船舶设计制造过程中的船舶耐波性评估，满足我国船舶设计优化和耐波性分析需求。