破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

波浪中三体船非线性横摇运动近似解析解及特性分析

为了深入研究三体船横摇运动特性,本文应用多尺度法计算了波浪中非线性横摇运动的近似解析解,并通过数值方法及模型试验进行了三体船适用性验证.研究结果表明:三体船型的特殊性引起的非线性横摇阻尼和非线性恢复力使其具有特殊的横摇运动特性.其中,非线性阻尼主要影响横摇幅值变化,特殊的高阶非线性恢复力导致幅频曲线刚度渐硬,小阻尼共振状态下可能会发生不稳定大幅横摇运动.该研究从理论角度解释了三体船在波浪中可能表现出的与常规单体船不同的大幅横摇、跳跃、多值等非线性现象.     

全垫升气垫船全圆周浪向下耐波性分析

对全垫升气垫船耐波性进行了研究,考虑气垫压力、升沉、纵摇和横摇运动之间相互耦合下的综合效应.较之仅分析迎、逆浪或者横浪工况,所采用的方法可对任意浪向工况进行研究.通过MATLAB平台上所编制的相应程序,得到圆周浪向、不同波频下全垫升气垫船的升沉、纵摇和横摇响应.计算结果表明,在若干浪向角和遭遇频率组合下,气垫船发生升沉、纵摇和横摇运动共振耦合,响应幅值大大高于其他工况,这将对气垫船正常运营造成极大危险.这一结果可供气垫船设计者和驾驶员参考.     

船舶非线性参激横摇运动方程的主参数共振

运用多尺度法和数值计算方法研究了非线性参激横摇运动方程的主参数共振,得到了二阶一致有效近似解,并分析了方程稳态解的稳定性,以及分岔与混沌行为.     

波浪作用下月池开口对钻井船水动力的影响

结合模型试验与频域数值计算结果,分析月池对船体水动力性能的影响,并对模型试验与数值计算的RAO、月池敞开和封闭的RAO、运动统计结果和附加质量系数进行对比。分析结果显示:月池开口会增大横摇和垂荡运动幅值,并且减小船体的横摇固有周期;当外部激励使月池发生共振时,月池内流体产生的附加质量会发生剧烈变化。因此,月池开口对船体水动力性能会产生一定负面影响,作业时,应当避免发生共振现象。     

船舶参数激励非线性随机横摇运动分析

研究了随机纵浪中船舶的参数激励横摇运动。将船舶初稳性高作为时变的随机参数激励,应用随机平均法和FPK方程,分析了船舶的参数激励横摇运动微分方程。考虑航速、船舶瞬时湿表面积及随机波浪,建立了船舶横摇幅值概率密度、概率分布函数及其均值的计算方法。以某渔政船为例,计算了不同航速时船舶随机横摇幅值的概率密度、概率分布函数及其均值。结果表明,参数激励谱峰频率为横摇固有频率的2倍时,发生主参数共振,船舶横摇严重,船舶倾覆发生的概率增加。     

横摇阻尼对参数横摇计算精度影响研究

船舶横摇预报准确程度很大程度上取决于横摇阻尼的计算。参数横摇作为一种非线性横摇运动,在数值预报时,横摇阻尼算法对数值结果有很大影响。基于船模自由衰减试验拟合横摇阻尼系数,用一计算船舶回复力及耦合运动的数值程序来预报参数横摇,与试验结果对比,证实了该阻尼计算方法和数值算法的可靠性;进而根据贝尔登公式、渡边公式等计算横摇阻尼,比较不同横摇阻尼计算方法的精度。计算表明,用基于试验获得的横摇阻尼系数计算参数横摇相对可靠;采用其他阻尼系数计算的横摇幅值与试验值均有一定偏差,有些甚至偏差很大。     

非线性横摇跳跃现象的预报方法

船舶在波浪中的大角度横摇运动、本质上是非线性振动问题。本文以非线性振动理论中的平均法为基础,推演了船模非线性横摇运动的幅频和相频曲线的计算公式,可预报其跳跃现象。与应用新型可控力矩式横摇激振装置的船模试验结果相比较,一致性较好。     

两种典型立柱截面浮式平台涡激运动耦合特征试验研究

本文基于模型试验,研究了立柱截面形状和来流方向对浮式平台涡激运动特征的影响,并着重分析了涡激运动的不同阶段艏摇运动与横荡、纵荡运动的耦合特征.结果表明:立柱截面形状和来流方向会对浮式平台的涡激运动响应和耦合特征产生明显影响;在大多数工况下,圆柱平台的横荡和纵荡运动幅值均大于方柱平台,最高可达6.1倍.但是在45°流向下,圆柱和方柱的横荡运动幅值比较接近,当约化速度超过12后,方柱平台的横荡运动幅值甚至超过了圆柱平台;相同工况下,方柱平台的艏摇运动响应幅值远大于圆柱平台,并且在45°流向下方柱平台艏摇运动中观察到了"涡激共振"现象;不同流向下,方柱和圆柱平台涡激运动频率随约化速度变化规律比较类似,大致可分为三个阶段,但在不同阶段涡激运动耦合特征差别较大,并且在45°流向下方柱平台艏摇运动中观察到了特殊的"主频跳动"现象.     

油船强迫横摇试验及分析研究

采用自制的横摇试验设备和控制系统,进行油船船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验,横摇试验周期为0.8~20 s,全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,试验周期到达横摇固有周期附近时横摇力矩最小,之后横摇力矩逐渐增大,当横摇周期很长,船舶横摇缓慢,此时横摇力矩基本保持不变;同一横摇周期和不同横摇幅值下,横摇力矩与横摇幅值成倍数关系。随着横摇周期的减小,附加惯量成线性增加,横摇阻尼非线性明显,并随横摇幅值的增加而增大。     

船舶非线性横摇的精确模型

本文以Taylor级数展开法表示横摇非线性模型的一般表达式,采用一阶谐波平衡法求其定常周期解,对运动稳定性,跳跃现象及最大摇幅特性进行了分析计算。 本文依据横摇力矩激振装置进行的船模激振横摇试验结果,提出了一套较完整的横摇非线性模型的辨识技术。实例表明横摇非线性模型的辨识效果圆满且可靠。 本文还对非线性横摇的分支跳跃现象可能造成的船舶倾覆机理作了初步探讨。     

船舶非线性参激横摇运动的作用

应用非线性振动理论中的摄动法，求出了描述参激横摇运动的非纡性方程的解，并分析解的稳定性。结果表明，参激横摇运动具有明显的非线性特征。     

舰船摇摆下舰载火箭弹初始扰动可能域研究

舰船摇摆产生的过载将对舰载火箭弹的初始扰动产生影响。初始扰动是影响舰载火箭弹密集度水平的主要因素,但却无法由现有的试验水平测得。本文采用有限幅值随机激励仿真的方法,同时考虑舰船的横摇和纵摇运动,得到了不同安装位置下舰船摇摆引起的初始扰动可能域。仿真结果表明,横摇对初始扰动的影响大于纵摇对初始扰动的影响,但二者引起的初始扰动量级相同,因此对安装位置不在舰船横轴或纵轴上的舰载火箭弹的初始扰动进行计算时必须考虑舰船的纵摇运动。     

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。     

强迫横摇模型试验新方法及其应用

采用自主开发的大振幅强迫横摇模型试验装置,开展了船模在10°横摇幅值、4种航速和横摇频率为0.05～1.25 Hz时的强迫横摇水动力试验研究。分析不同航速和横摇频率时船舶的横摇力矩幅值、横摇力矩与运动之间的相位差以及附加转动惯量等参数的变化规律。在试验中发现,当横摇频率小于船舶横摇固有频率时,随着横摇频率的减小,横摇力矩幅值先增大,然后基本保持不变,相位差单调减小,直至接近0°;当横摇频率大于船舶横摇固有频率时,横摇力矩幅值逐渐增大,相位差逐渐增大,直至接近180°。试验中还发现,随着横摇频率的增大,附加转动惯量呈线性增加,横摇阻尼呈非线性增加;随着航速的提高,附加转动惯量变小,线性横摇阻尼逐渐增大,而非线性横摇阻尼则减小。     

深V型船零速横摇改善措施

针对千吨级深V型船在高海况下其零速横摇幅值较大的问题,在拖曳水池中开展静水阻力、横摇衰减模型试验。通过求解非线性横摇方程,预报规则波中的横摇响应,采用双参数谱预报实船在4,5级海况下的零速横摇幅值。同时,对比分析舭龙骨长度、宽度、安装位置以及连续性对阻力、横摇阻尼系数及横摇幅值的影响规律。研究结果表明:在巡航速度至最大航速范围内,可获得阻力增值不超过4.5%,正横浪零速横摇幅值减小25%以上的舭龙骨设计方案,可为千吨级深V型船在锚泊状态下减少横摇幅值提供技术支撑。     

低频涌浪环境下“海洋石油201”运动特征模型试验研究

为了分析起重铺管船"海洋石油201"在低频涌浪环境中横摇过大的原因,对"海洋石油201"横浪和迎浪条件下在不同周期和波高的涌浪作用下的运动特性进行模型试验,试验结果表明铺管船遭遇与其横摇固有周期接近的涌浪时发生谐摇导致其横摇运动过大。用图解法求解了铺管船横浪条件下谐摇时的横摇角幅值,对试验结果和理论的差异进行了分析。     

基于相轨迹特征的阻尼估算能量法改进研究

横摇是船舶在海上航行安全中首要考察的运动姿态。船舶横摇运动的高精度预报，需准确地估算横摇阻尼。引入相轨迹概念，以能量变化的视角，从船舶模型试验数据中提取幅值数据，进行横摇阻尼非线性特征的研究。分析幅值数据呈现的规律，提出新的幅值拟合函数，并相应改进横摇衰减拟合函数。采用线性加平方阻尼力矩模型，通过预设阻尼系数仿真生成静水船舶模型自由横摇数据，展开阻尼估算试验。试验显示：能量法的改进有效减小了阻尼系数的估算误差。基于阻尼系数进行数值预报，证明方法改进后的数值预报更加接近试验仿真数据。结果表明：能量法的改进是有效的，能更好地识别横摇阻尼的非线性特征，更准确地估算横摇阻尼系数。     

三体船横摇运动

介绍了关于三体船横摇运动的研究工作。采用能量法，由自由横摇衰减试验测量数据计算了三体船横摇阻尼系数，分析横摇过程中阻尼非线性作用的特点，讨论侧体横向布置位置、舭龙骨和航速对三体船横摇运动的影响，对线性、非线性方法用于预报三体船横摇运动进行比较分析。三体船模型横摇试验包括静水中的自由横摇衰减试验、规则波中的零速横摇试验。试验中通过系列变化侧体横向布置位置，并对侧体安装舭龙骨进行对比试验，研究侧体布置和舭龙骨对三体船横摇运动的影响。经与试验结果对比，本文对三体船横摇运动预报的结果令人满意。     

船舶运动亚谐共振动力学行为的研究

船舶运动时的阻尼和刚度非线性，导致船舶大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合，本文依据作者建立的船舶纵摇与横摇耦合的非线性方程，考虑强海浪激励情况以及纵摇和横摇的频率特征存在2：1的内共振关系，采用非线性动力学中的多尺度方法，求出了横摇和纵摇运动的摄动解，研究了亚谐共振发生的条件，给出了亚谐共振状态下船舶纵摇与横摇运动的动力学特征。研究表明，船舶亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小；船舶运动发生亚谐共振时，船舶出现大幅运动甚至倾覆。