Study of wave formation of a large cargo catamaran for Inland waterways by numerical methods

Abstract

Повышение конкурентоспособности внутреннего водного транспорта возможно за счет увеличения скорости движения большегрузных судов по внутренним водным путям. Для этого необходима постройка судов новых типов, которыми могут стать большегрузные катамаранные паромы. В то же время повышение скорости влечет за собой увеличение высот корабельных волн при движении судна, что в свою очередь отрицательно сказывается как на гидродинамических характеристиках самого судна, так и на экологическом состоянии водных объектов, гидротехнических сооружениях. В настоящей работе представлены результаты исследования процессов волнообразования численными методами в диапазоне числе Фруда от 0,18 до 0,35, который характеризуется большой амплитудой колебаний коэффициентов сопротивления. Волнообразование изучалось для катамаранов длиной 112, 132 и 152 м, при ширине одного корпуса 9 и 10 метров с относительным клиренсом от 0,3 до 0,56. Для исследования использовался программный комплекс NUMECA/FineMarineTM. Для верификации результатов численного моделирования по величине коэффициентов сопротивления и форме волновой поверхности использовались работы М.Я. Алферьева, в том числе информация о практическом опыте эксплуатации речных катамаранов типа КТ-619. Полученные результаты позволяют утверждать, что высоты корабельных волн, образующихся при движении катамарана, имеют меньшие высоты, чем волны от однокорпусного судна таких же размерений, а также подтвердились предположения о существовании диапазонов скоростей движения и размерений катамаранов, которые обеспечивают снижение высот волн и коэффициентов сопротивления. Improvement competitiveness of inland water transport can be achieved by increasing the speed of large cargo ships. This requires building new ships types, for example, the large cargo catamaran ferries. From the other hand, an increase in speed entails the growth in the heights of ship waves when the ship, which in turn adversely affects both the hydrodynamic characteristics of the ship itself and the ecological state of water bodies and hydraulic structures. This paper presents the results of studying the processes of wave generation by numerical methods for the Froude numbers from 0.18 to 0.35. This range of the Froude number characterized by a large amplitude of fluctuations in the drag coefficients. Wave generation was studied for catamarans with a length of 112, 132 and 152 m, with a width of one hull of 9 and 10 meters with a relative clearance from 0.3 to 0.56. NUMECA/FineMarineTM software was used. Verification of numerical simulation results was based on the works of M.Ya. Alferyev, including information about practical experience of operating the river KT-619 type catamarans. Comparison of the drag coefficients and the shape of the wave surfaces showed good agreement. The results obtained allow us to assert that the heights of ship waves formed during the movement of a catamaran have lower heights than waves from a single-hull vessel of the same dimensions. The assumptions about the existence of ranges of speeds and dimensions of catamarans, which provide a decrease in wave heights and drag coefficients, were confirmed.