船舶倾覆机理的新见解

利用“对振式可控力矩横摇装置”进行船模允许甲板入水的系列激振横摇实验，得到非线性横摇的实际而准确的数学模型，据此通过风浪联合作用下的动态横摇过程的数值模拟，探讨船模在横风横浪下的倾覆机理，从而形成新见解：翻船是动力横摇的极限运动，临界倾覆于高位平衡点稳定性的丧失。     

非线性横摇阻尼模型的辨识

本文以Taylor级数展开法表示非线性横摇阻尼模型的一般表达式,依据船模强制横摇的实验结果,提出了一套较完整的非线性阻尼模型辨识技术。它不仅能对各种阻尼模型进行准确的参数辨识,而且能对各种阻尼模型的效果进行实验检验,从而获得合理的阻尼模型形式及准确的参数。本文还应用可控力矩式横摇激振装置进行了船模强制横摇试验,试验结果稳定可靠,对非线性阻尼模型的辨识效果良好,辨识结果可信。     

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。     

基于能量法的船舶静水横摇试验阻尼估算方法研究

船舶横摇阻尼准确估算是正确预报波浪中横摇运动的前提。为获得船舶横摇阻尼,通常采用静水中船模自由横摇衰减试验的方法。文章基于模型试验的横摇衰减测量数据,采用能量法进行了船舶横摇阻尼系数的研究,主要研究了横摇衰减曲线拟合函数形式,横摇衰减周期截取个数对获取的横摇阻尼系数的影响。最后将采用能量法获取的横摇阻尼系数用于规则波中船舶横摇运动预报,验证了采用该方法获取的阻尼系数的适用性。     

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。     

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。     

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。     

船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数.文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格.计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda's经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼.     

集装箱船破损稳性模型试验研究

本文介绍了已完成的某集装箱船的一系列破损稳性船模试验。在模型试验中，模拟了倒梯形的破损开口，测量并分析了不同条件下破损船的横摇响应。试验结果表明：对所试模型，船舶在破损前的横稳性（ＧＭ）对破损后的横摇响应有较大影响。横稳性较小时，破损后的横摇响应也较小。模型试验中还模拟了２破损过程，破损后，船舶的横摇响应特性将发生较大的变化。说明破损对横摇的影响明显而不可忽视。     

舵减横摇技术研究

本文介绍舵减横摇的基本原理，控制器的设计方法以及船模和实船的舵减横摇试验结果。试验结果表明：在舵机速率为１０°／ｓ左右情况下。舵减横摇的减摇效率可达５０％以上。     

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。     

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

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。     

Prediction of capsizing probability for a ship with trapped water on deck

The authors have already examined a method for evaluating the capsizing probability of a ship in the dead ship condition based on a piecewise linear approximation of the restoring arm. Here, this method is extended to ships with trapped water on deck. This is because the stability of ships having a relatively high bulwark, such as fishing vessels, could substantially deteriorate due to trapped water on deck. First, the mean amount of water trapped on deck was estimated as a function of the significant wave height and the mean wave period using a model experiment in irregular beam seas. Second, the restoring arm curve with trapped water on deck was calculated hydrostatically and then approximated with a piecewise linear curve. Third, the roll angle was estimated using a nonlinear and uncoupled equation of absolute roll angle under stochastic wave and wind exciting moments. The short-term and long-term capsizing probabilities were calculated for a fishing vessel operating off Kyushu. Numerical results quantitatively demonstrated that the effect on capsizing probability of trapped water on deck cannot be ignored when accurately evaluating the stability of fishing vessels.     

URANS prediction of roll damping for a ship hull section at shallow draft

It is analytically difficult to calculate roll damping of ships due to the effects of viscosity. Therefore, computational fluid dynamics (CFD) has become a powerful tool in predicting roll damping recently. The unsteady flow around a forced rolling hull section with bilge keels can be calculated using a commercial URANS code which includes the viscous effects. In this study, two-dimensional (2D) roll damping calculations for a S60 midsection with bilge keels including free surface effects are performed for shallow draft case. The first objective of the study is to show whether the URANS code can be used to predict roll damping coefficient correctly. The second one is to show why Ikeda’s estimation method is insufficient at shallow draft case. Sinusoidal forced roll motion calculation method of roll damping moment with the help of a sliding interface and a fixed roll axis is successfully applied to predict roll damping coefficient. The calculations are carried out for different roll motion periods and amplitudes to validate the accuracy of the URANS code for different cases. Numerical results are compared with experiments, which were carried out at the towing tank facility of Osaka Prefecture University (OPU), and Ikeda’s estimation method. The results show that the URANS code is capable of predicting roll damping coefficients in a good agreement with experimental results and can be used further to develop a better model for prediction of roll damping.     

U型水舱在船舶中的垂向布置问题

基于“船舶－被动式U型减摇水舱”系统运动微分方程，分析了U型减摇水舱在船舶中的垂向位置对船舶横摇质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶与水舱的耦合惯性矩等系统方程参数及对船舶横摇运动和舱内液体运动的影响。结果表明，水舱垂向位置高船舶横摇中心越远，由舱内液体引起的船舶横摇质量惯性矩和横摇复原系数越大，船舶横摇固有频率则越小。而耦合惯性矩则随水舱布置高度的变化呈减小的趋势。对于各种不同类型的船舶，存在一个使舱内液体不发生振荡的奇异位置，这时水舱不产生任何的减摇效果，船舶的横摇运动与不安装水舱时相同。利用我校所研制的减摇水舱模型性能摇摆台进行了水舱模型不同垂向布置时的强迫振荡试验，试验结果与仿真结果具有很好的一致性。指出了除水舱固有频率和水舱阻尼外，水舱在船舶中的垂直方向位置也是影响水舱减摇性能和船舶减摇后的横摇运动的主要因素之一，在减摇水舱设计初期应当予以考虑。     

水下机器人近水面横摇运动的解耦控制

水下机器人在近水面低速航行时,为了有效克服海浪干扰的作用,提高水下机器人横摇控制的性能,依据解耦控制理论和零航速减摇鳍的工作原理,在水下机器人水平面运动耦合模型的基础上运用解耦控制方法进行横摇控制.该方法将水平面运动耦合模型分解为横荡、横摇和艏摇三个子系统进行分析,根据期望性能指标配置横摇子系统模型的极点,并将均方差最小线性递推滤波算法引入到状态信号的反馈通路中.通过对各种海情下水下机器人的横摇运动姿态进行仿真,结果表明:该解耦控制方法可应用于水下机器人近水面横摇运动的控制,其控制结果良好.     

纵向规则波中参数横摇的数值模拟

基于ITTC推荐的参数横摇运动方程,采用估算方法确定方程中的阻尼系数和复原力矩系数,数值模拟出船舶在规则波中的参数横摇情况,将上述方法具体应用于一艘滚装船船模的参数横摇预报,并与试验数据进行对比,验证了所采用方法的有效性。     

基于稳定性理论的张力腿平台横摇固有周期分析

文章以稳定性理论为基础提出了一种张力腿平台横摇固有周期计算模型,分析了横摇临界角对平台横摇稳定性的影响,并将其应用于分析平台设计参数对横摇固有周期的影响。提出在一个横摇周期里,最后稳定横摇临界角对应的时间历程为1/4横摇固有周期这一假设,基于此假设,编制计算机计算程序,计算横摇运动中每一个横摇角,判断其稳定性,找出一个横摇周期内最后稳定横摇临界角对应的时间历程,求解横摇运动固有周期。考虑两种横摇阻尼情况,计算不同初始横摇角、横摇下沉位移、张力腱长度、平台重量和横摇阻尼的横摇固有周期,论证了平台设计参数对横摇固有周期的影响。该计算模型克服了从结构角度计算固有周期工作量大、计算周期长、计算结果不可靠的弱点,使横摇固有周期计算简单、有效。通过与不考虑横摇阻尼的情况对比,分析了横摇阻尼对横摇固有周期的影响。可以快速计算处于设计阶段或者已服役张力腿平台横摇固有周期。结合一型设计中的张力腿平台,应用文中提出的横摇固有周期计算模型对该平台进行了横摇固有周期的计算,并且分析了平台参数对横摇固有周期的影响。结果表明该方法可以对张力腿平台横摇固有周期进行快速计算。并可推广应用于其它海上结构物的横摇固有周期计算。