高冰级破冰船大洋航行耐波性能衡准分析

基于切片理论对一艘新型破冰船的运动响应进行分析,采用计算流体力学(CFD)方法对船体自由横摇衰减进行模拟,得出其无因次衰减系数,进而对船舶在各海况下的典型航态进行耐波性分析和短期预报,比较相关耐波性衡准,确定船舶航行过程中遇到的危险工况和晕船概率,并对比船体加装减摇水舱前后的横摇运动响应.结果 表明,该船型线特殊,耐波性较差,在5级海况、横浪条件下,垂荡响应最为明显,且加速度均方根值最大;随着浪向角的改变,横摇有义最大幅值可能达到14.68°,并超出衡准,纵摇有义幅值维持在1.98°以下,且响应变化并不显著;在迎浪状态下航行2h以上容易出现晕船现象,应尽量避免.此外,加装减摇水舱前后船体的运动响应差异明显,减摇水舱的应用效果显著.     

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.     

试验养殖工船与液舱晃荡耦合运动时频响应

为分析液舱晃荡和航速对养殖工船运动的影响,采用三维势流理论对一艘试验养殖工船的横摇、纵摇和垂荡进行频域数值计算,并通过Malenica提出的方法考虑液舱晃荡黏性的影响。应用脉冲响应函数法计算系泊工况下的时域耦合运动响应。结果表明,液舱晃荡对横摇运动影响较为显著,横摇固有频率发生偏移;对纵摇谐振幅值影响有限;对垂荡运动几无影响。随着航速的提高,横浪中航行的船舶横摇运动响应没有发生变化,而迎浪中航行的船舶纵摇谐振频率范围内的响应幅值则逐渐增加。试验养殖工船的横摇响应较大,计算结果与实船测量结果比较吻合。     

基于低通滤波和经验模态分解的舰船耐波性试验信号分析方法研究

针对舰船耐波性实测信号中趋势项难以消除而影响滤波精度这一问题,采用经验模态分解方法消除趋势项的影响.根据舰船对波浪运动响应的低频特点,在经验模态分解前先进行低通滤波,可使实测运动信号中的谱峰频率处在相对高频位置,减少EMD迭代次数,并使有用信息包含在第一个IMF中,方便对有用模态的识别.还针对实船耐波性试验无法直接获得垂荡位移的实际问题,对垂向运动加速度联合采用低通滤波、数值积分和EMD去趋势项消除积分误差的方法获得垂荡,通过模型耐波性试验以及对实舰横摇角速度采用该方法求得的横摇与实测横摇的比较,验证了该方法在舰船耐波性实测信号分析中的有效性.     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

军用小水线面双体船初探

1 SWATH船的特点1.1 耐波性 SWATH船的最大优点是耐波性比一般单体船要好得多。在同样条件下,其纵摇、横摇、垂荡的幅值都小得多,在高海况下一般不会出现底部砰击和甲板上水现象。这在实艇和模型试验中都得到了证实。 最明显的是1978年美国所做的一次SWATH船与单体船的耐波性比较试验。这次试验用三条船作并排的航行     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报（英文）

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

15000t半潜船耐波性分析和短期预报

基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对某15000t半潜船在零航速时满载状态下的耐波性进行了计算和分析.并结合半潜船实际航行的国内近海航区,对其在典型海况下的耐波性进行短期预报.计算结果表明,此半潜船在横浪下垂荡和横摇较剧烈,各个浪向角下纵摇较接近,首斜浪下易引起甲板上浪.     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M.Lee改进的切片理论及其公式,编制小水线面双体船耐波性预报软件.该软件可用于在各种波向角时,对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报,包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报,以及其它耐波性统计特性预报.利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算,并与试验结果进行了比较分析,计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律.本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据.     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M．Lee改进的切片理论及其公式，编制小水线面双体船耐波性预报软件。该软件可用于在各种波向角时，对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报，包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报，以及其它耐波性统计特性预报。利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算，并与试验结果进行了比较分析，计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律。本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据。     

被动翼复合船型航行性能模型试验研究

针对被动翼复合船型,采用模型试验方法,开展阻力和耐波性模型试验,分析一对首水翼和一型T型翼对阻力和垂向运动的综合影响。试验结果表明,加装被动翼之后,中低速时静水阻力增幅较大,高速时静水阻力增幅减缓;在1倍波长船长比附近,纵摇、垂荡、首尾垂向加速度大幅减小;波浪增阻显著降低。综合而言,被动翼复合船型在风浪中航行时,快速性与原船型相当,耐波性大幅提升,对改善船员舒适性和船上设备使用环境具有有益效果。     

被动翼复合船型航行性能模型试验研究

针对被动翼复合船型,采用模型试验方法,开展阻力和耐波性模型试验,分析一对首水翼和一型 T型翼对阻力和垂向运动的综合影响。试验结果表明,加装被动翼之后,中低速时静水阻力增幅较大,高速时静水阻力增幅减缓;在1倍波长船长比附近,纵摇、垂荡、首尾垂向加速度大幅减小;波浪增阻显著降低。综合而言,被动翼复合船型在风浪中航行时,快速性与原船型相当,耐波性大幅提升,对改善船员舒适性和船上设备使用环境具有有益效果。     

高海情下海上救助无人船的耐波性

为确保救助无人船能在高海情5级海况下安全航行,采用Rankine源面元频域法,对设计吃水时,船舶在不同工况、不同浪向角和不规则波中横摇、纵摇和垂荡3个自由度的运动响应进行计算分析,并用国军标相关耐波性的衡准要求进行评估.评估结果表明,救助无人船的耐波性满足国军标衡准要求,所阐述的耐波性计算方法及耐波性设计对设计类似高海情下耐波性要求较高的船舶具有积极的参考价值.     

真实海况下船舶水弹性响应及砰击载荷的大尺度模型试验研究

现有的船舶波浪载荷模型试验大多是在水池环境中开展的,然而受水池尺度、造波能力、模型航行范围以及尺度效应等方面的影响或限制,水池模型试验并不能完全真实地反映出实船海上航行时的水动力学性能.事实上,真实海浪具有非线性强、随机性强、方向分布广等特征,因此研究船舶在真实海浪短峰波中的水动力学性能对于指导实船设计研发具有重要的指导意义.实际海浪环境中,舰船大尺度模型试验是一种新型试验技术,综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优势.本文提出了大尺度模型波浪载荷与砰击载荷试验技术,建立了一套稳定可靠的大尺度模型海上试验测试系统,并提出了恶劣海况下大尺度模型耐波性及波浪载荷试验实施方案,进而基于大尺度模型试验数据分析了船舶在真实恶劣海况下的运动与载荷响应及砰击载荷特性.     

海洋信息环境下船舶耐波性指标研究

船舶在实际海洋环境中的性能代表航行性能的优劣,通过结合海洋环境信息数据来探究船舶的耐波性能以达到对船舶辅助航行的目的,首先使用以切片法为理论的seakeeper软件对船舶耐波性进行仿真研究,获得船舶运动的传递函数和船舶纵摇、升沉、横摇有义值曲线,采用莫尔公式对模拟结果进行验证,通过数值模拟找到对耐波性指标较大的因素,根据耐波性指标衡准对船舶耐波性能做出评价,并应用统计学中的正交试验方法对耐波性的影响因素(航速、风速、航向)对耐波性指标的影响程度进行研究,使海洋环境中船舶的耐波性达到最优,从而起到指导船舶航行的目的。     

基于Lewis剖面法快速评估船舶纵向运动

快速、有效的耐波性评估程序可显著缩短优化计算的周期。为了补充现有船型优化软件OPTShip-SJTU在耐波性评估方面的空缺,以切片法为基础编写了一套船舶升沉、纵摇运动的评估程序。该程序采用Lewis剖面法,对Tasai图谱进行插值求解二维水动力系数,能在保证准确性的基础上缩短评估时间。以一艘Wigley船模为评估对象,利用该程序计算了在Fr=0.3时迎浪航行时的纵摇与升沉及其耦合运动的水动力系数、波浪载荷以及运动响应。并与试验进行对比。该程序计算结果与试验值较为一致,可应用于船舶在波浪中纵向运动的快速评估。     

深V型滑行艇纵向运动试验研究

深V型滑行艇模型纵向运动试验研究表明：规则波中,升沉响应的平均值与静水航行时的重心升高极为接近,纵摇响应的平均值与静水航行时的纵倾较为接近,证实了相同航速下滑行艇在波浪中航行的纵向运动是相对于静水浮态的升沉纵摇运动;随着航速的增加,升沉响应峰值、纵摇响应峰值、垂向运动加速度峰值都向长波方向移动;速度较高、波幅较大时,升沉、纵摇、垂向运动加速度是非线性的。     

基于瞬态高斯波包的船舶耐波性模型试验研究

基于瞬态波(聚焦波)包的船舶耐波性模型试验耗时很短,可以显著提高试验效率。首先在大型拖曳水池模拟满足高斯波谱的不同聚焦波幅的瞬态波包,然后针对一艘钻井船,考虑其迎浪、首斜浪以及横浪状态,在瞬态高斯波包作用下进行耐波性模型试验。研究发现:试验模拟的瞬态高斯波包具有较好的波形和谱形特征;用聚焦波幅适当的瞬态高斯波包获得的钻井船垂荡、纵摇运动及垂荡加速度RAO(response amplitude operator)与规则波及白噪声不规则波的试验结果吻合较好,而且能有效地捕捉RAO曲线的峰值。为了获得合理的RAO,聚焦波幅不宜过大,谱峰周期需与相应的摇荡运动的固有周期相当。这项研究对提高船舶耐波性模型试验的效率具有重要意义。