本文基于Neumann-Michell(NM)线性势流理论研究了深水中单体船的定常兴波问题。NM理论已被广泛验证能够快速、准确预报船体的兴波阻力,这些特点非常适合船型设计和优化。简单的NM线性理论没有考虑航行姿态(升沉、纵倾)对阻力的影响,也没有考虑非线性对船舶流场的影响。因此,本文对NM理论进行了以下拓展:(i)给出了实用的方法来预报船体航行姿态,并可直接用于阻力预报;(ii)对NM理论进行非线性修正,并研究非线性对航行姿态、阻力以及波形的影响,使NM理论对船体定常兴波的预报结果更为合理。本文给出的方法实用、高效,对NM理论的这些拓展,仅需少量(简单的)额外的水动力计算,甚至不需要额外的水动力计算,很适合于船舶的初步设计和船型优化。此外,本文也对高速船船行波的至高波(波幅最高的波)波系进行了研究,给出了至高波波长的实用解析关系式,并以此探索分析了至高波波长特征,进一步揭示了船行波的特点,研究内容进一步丰富了经典的Kelvin船行波理论。本文研究的内容都与定常兴波问题直接相关。航行姿态对船体阻力影响的实用预报方法:航行姿态对船体阻力存在影响,高速航行时尤为明显。因此,在船体设计和船型优化过程中,非常需要快速实用的方法来预报船体的航行姿态,并能准确给出相应姿态下的船体阻力。针对船体航行姿态的预报问题,本文给出了两种可供选择的实用方法:数值计算法和回归公式法。数值计算法是先基于正浮姿态的船体进行一次NM兴波问题求解,水动力结果直接用于与航行姿态相关的力学平衡方程,从而获得船体的航行姿态。该方法计算水动力时无需计及航行姿态的变化;与通过多次调整船体姿态以达到最终的力学平衡的迭代计算方法相比,节省了大量计算资源。回归公式法则更为简单。本文对典型单体船测量的姿态与船型特征参数、航速的关系进行了梳理和分析,提出了实用的回归公式,该公式是仅由船型参数(船长、船宽、吃水、方形系数)和航速组成的简单多项式;以这种方法预报航行姿态显然极为方便快捷。验证研究表明,这两种方法预报的姿态与实验值比较一致。采用本文给出的这两种方便、快捷的方法预报航行姿态,进而结合三因次法分别对Wigley、S60和DTMB5415船体的总阻力进行计算,这些总阻力与实验测量值总体一致。这些方法特点鲜明,并能满足船舶初步设计和优化对高效的需求。NM线性预报的实用非线性修正:常见的研究定常兴波非线性的数值方法包括Rankine源方法和CFD方法。这些方法求解过程相当复杂,且比较耗时。NM线性势流理论能够高效、快速的求解定常兴波问题,正如上文已经阐述过的。然而,NM线性势流理论没有考虑非线性的影响。因此,本文对NM线性势流理论进行了非线性拓展。首先,本文提出了一个解析关系式,可以对NM计算的线性船侧波高进行快速、高效的非线性修正。该解析关系式是通过结合对实验测量波形的分析以及理论推导基础上得到的。该解析关系式直接反映了非线性波高与线性兴波理论计算得到的水动压力的关系,因而这种方法可以直接通过一次线性的定常兴波求解得到非线性的船侧波高,而不需要额外的流场计算。本文提出的非线性修正方法非常简单、高效,但是计算得到的非线性波高却可以与很多采用(更复杂的)Rankine源方法或CFD方法得到的非线性波高基本一致,甚至更好。其次,本文研究了Bernoulli方程中压力的非线性项对升沉、纵倾和兴波阻力的影响。本文的研究发现,水动压力的非线性项对升沉、纵倾和兴波阻力的影响总体上较小,但是水动压力的非线性项对球鼻艏船型的兴波阻力影响较大。因此该项需要添加在NM理论中。本文这方面的工作是对NM理论的有益补充。高速船至高波的波长:最后,本文也对Kelvin的经典船行波理论进行了补充研究。在静水中高速航行的船舶,其船体表面上分布的源汇产生的散波之间会发生相长干涉,因而产生至高波。至高波所在的射线角小于经典Kelvin理论给出的Kelvin角。这是Kelvin的经典船行波理论不能解释的。这些至高波的波长远远小于位于Kelvin角上的波系的波长,也远远小于船长。本文给出了简单的解析关系式,该解析关系式可以根据Froude数,以及(如果是双体船)一对片体的船艏之间的横向距离,来确定至高波波系的波长。