自“绿色船舶”概念于上世纪90年代提出以来,节能减排技术逐渐受到国际航运业的重视,我国也陆续实施相关绿色船舶规范。目前常见的船舶节能减排方式主要有节能附体装置、风帆辅助、新能源、纵倾优化等。相比其他节能技术纵倾优化技术是一种节能效果显著、成本低廉的绿色技术,因此研究纵倾条件下船舶的水动力性能非常有必要。目前关于船舶纵倾优化研究大多只考虑裸船体的阻力性能,并未对节能机理进行详细说明,并且在数值预报过程中忽略了浮态变化及船桨耦合对绕流场及推进性能的影响,存在一定的误差。文章采用物理水池模型试验与CFD数值分析相结合的方法对标准船模KCS(KRISO)进行不同吃水(设计、压载、超载)、纵倾角下的船舶水动力性能研究。其中水池拖曳试验主要对船模阻力、升沉量及纵倾角进行测量,对比分析纵倾值变化对船模阻力及浮态的影响,同时为数值预报提供试验支持。数值分析方法分别基于约束模与自由模进行计算,离散方法采用有限体积法,湍流模型采用RNG k-?,自由液面通过VOF方法进行捕捉,船模的初始纵倾角通过重叠网格进行调整,初始纵倾角与重心位置关系通过Solidworks建模软件确定。将约束模与自由模预报结果与试验值进行对比,结果表明自由模能够较好地捕捉变纵倾条件下船模的航行姿态及阻力,适合用于纵倾优化数值研究。在裸船体纵倾优化机理研究方面,采用二因次方法将船模阻力分为摩擦阻力与剩余阻力,对比分析艏倾及艉倾工况下摩擦阻力与剩余阻力相比平吃水的变化,计及船模姿态变化,综合考虑了变纵倾变吃水条件下水线长度、湿表面积对摩擦阻力的影响,艏艉兴波、船身表面动压、船艉绕流场对裸船体剩余阻力的影响。在KCS船桨耦合变纵倾自航预报中,增加叠加旋转模型(DFBI Superposed Rotation),以保证船舶在发生纵倾及升沉运动螺旋桨能够依附于船体之上。基于裸船体设计吃水0°及最佳纵倾0.25°工况,对比自航状态与裸船体状态变纵倾船桨阻力、航行姿态变化、自由液面及船桨耦合绕流场,变纵倾自航螺旋桨推力及扭矩变化,对KCS船模进行船桨耦合纵倾优化研究。