稳定状态船舶操纵性计算及运用

根据稳定状态船舶操纵运动非线性数学模型，通过优化计算求出操纵性特征曲线，以此作为船舶操纵性初步衡准依据。由此研制的计算机程序可用于船舶初步设计阶段方案论证明，预报和对比所设计船的操纵性能。     

双桨双舵船舶操纵性预报研究

采用MMG数学模型，结合双桨双舵船舶的水动力性能特点，建立了双桨双舵船舶在静水中水平面上的操纵运动模拟模型，应用该模型对一艘双桨双舵船舶在满载条件下的定常回转试验、Z形试验和紧急停船试验进行了数值模拟，得到了表征船舶操纵性的指标．通过将预报的操纵性指标和IMO提出的操纵性标准进行比较，实现了对该船操纵性的定性预报．     

拖缆系统运动仿真

建立拖缆的三维运动模型,通过欧拉角的变换把拖曳线列阵微元段矢量动力平衡方程在局部坐标系下展开,在时间和空间上作中心差分数值离散.程序能够计算不同航速定常直航状态下列阵的阵形与姿态,可解决不定常运动（例如回转运动）、考虑海流等多种运动状况的阵形预测.取有关文献资料中的拖曳线列阵进行了直航、回转运动计算,计算结果与相应文献资料中计算和试验结果基本吻合.     

双体船平移操纵水动力性能试验研究

介绍了用船模拖曳试验来确定某喷水推进双体船平移运动水动力特性的方法,并对试验结果进行了分析.通过船模试验发现,船体平移时的水动力大小随航速增加而快速增加,在同一航速但不同尾斜角下水动力大小也各不相同;水动力的方向和水动力作用点的位置随航速的改变而改变,但变化幅度不大,受尾斜角影响较大.准确掌握船体平移运动水动力特性,可为合理制定喷水推进器的控制策略,充分发挥喷水推进船优异的机动性、操纵性提供理论依据.     

桥区船舶运动轨迹数值模拟与实船试验对比研究

利用FVM对建立的桥区水流场数学模型进行离散和数值求解,在此基础上,根据建立的船舶运动方程,对桥区船舶运动特性进行了数值模拟.通过实船试验,根据船舶漂移量数学模型,对建桥前后限制航道内的船舶运动轨迹进行了对比研究和深入分析.     

规则波中船舶运动六自由度数学模型

为了提高船舶操纵模拟器的精度,应用船舶操纵性分离建模理论,基于傅汝德-克雷诺夫假设,将船舶近似为箱型船,估算波浪对船舶六自由度运动的干扰力与力矩,并将波浪的干扰力与力矩作为外力与力矩的一部分,叠加到分离型船舶运动数学模型中,建立了船舶在规则波作用下六自由度船舶运动的数学模型,给出5级海况下船舶全速旋回运动响应的时间历程仿真曲线.仿真结果显示:仿真结果与相关文献结果相近,运动趋势一致,能够满足大型船舶操纵模拟器对船舶运动数学模型仿真的精度要求,同时船舶运动数学模型由3自由度增至6自由度,提高了模拟的逼真度.     

搁浅船舶扳正过程计算方法

为了研究搁浅船舶的打捞,计算了船舶扳正过程中搁坐力和纵倾角的变化,分析了船舶舱室内的自由液面在搁浅船舶扳正过程中的作用。根据搁浅船舶的受力特点,建立了其力学模型。针对传统搁坐力计算方式的缺点,利用 GHS 软件模拟搁浅船舶的扳正过程,并以某搁浅船舶为例,求解该过程中各搁坐点的搁坐力、总搁坐力、横倾角和纵倾角。通过仿真模拟,比较了船舶不同搁浅状态的扳正过程,分析了搁坐点位置、吃水、船体型线和船舶重力分布对搁浅船舶受力和姿态的影响。分析结果表明：搁坐点位置相对分散或船体吃水较深时,船体的纵倾角变化相对较小,变化量为其他类型的0．1％～2．0％;搁坐点关于船舯非对称产生的总搁坐力变化量相对搁坐点关于船舯对称产生的总搁坐力较小,前者变化量为后者的35％～65％;舱室内自由液面的存在加大了搁浅船舶打捞的难度,因此,在制定打捞方案时应该着重考虑其影响;施工过程中也应控制搁浅船舶翻转的速度,避免阻碍扳正工作或对船舶产生进一步的破坏。     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性, 利用 CFD 软件 STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟, 通过求解 RANS 方程和 Realizable k-ε 湍流模型获得船舶水流作用力。 在无波浪定常流作用下, 系泊船姿态最终保持稳定, 可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化。 在完成网格无关性和数值模型合理性研究的基础上, 对不同流速、 不同流向角度以及流向沿水深变化的复杂水流条件下船舶的水动力进行预报, 探讨不同水流条件下系泊船纵向力、 横向力、 艏摇力矩的变化规律, 研究成果可为复杂水流环境下系泊船的布缆及相关工程设计提供参考。     

大舵角下船舶操纵性指数K,T简易计算方法研究

根据船舶转向到新航向距离Dnc的计算公式,运用数学方法推导出操纵性指数K,T值的简易计算方法.并与现有其他方法进行对比,将该方法与Z形试验法计算的K,T值代入船舶一阶线性响应模型进行仿真验证,然后与基于船舶智能操控仿真平台的旋回试验数据进行对比,得出在操舵角大于等于20°时,简易计算方法比Z形试验法计算精度更高.因此,提出的简易计算方法对计算大舵角时的船舶操纵性指数K,T值具有可操作性和实用性.     

自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究

船舶与土木工程学院张谢东副教授获准国家自然科学基金资助,课题为“自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究”. 1.研究目标为 项目的主要研究目标是建立在自由表面上作操纵运动船体的粘性理论计算模型和相应的数值计算方法,开发出一套关于在自由表面上作操纵运动船体三维粘性流场及水动力数值计算的计算机软件.从而提高船舶操纵水性动力理论计算和船舶操纵性预报的精度,填补国内运用粘性流体力学理论研究船舶操纵性的空白. 2.研究内容 项目主要研究在自由表面上作操纵运动三维船体的粘性流动问题.运用现代CFD技术,以粘性流体力学基本方程RANS方程为基础,对在自由表面上作斜航和回转运动三维船体的流场、压力分布以及水动力进行数值计算,以精确地预报三维船体作操纵运动时的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报自由面上作操纵运动三维的水动力.为了验证理论计算的准确性,还将做相应的船模操纵性试验研究. 3.拟解决的关键问题 1) 采用原始变量法模拟船体粘性绕流的关键问题之一是船体坐标网格的生成,这是数值计算的基础,网格结构、类型和尺度将直接影响粘性流场数值计算的精度.因此,本研究的重点将放在对各类网格生成方法比较、不同网格对数值计算的影响以及三维船体网格生成的通用性和局部加密的研究上. 2) 采用N-S方程求解三维船体粘性绕流的另一关键问题是方程的数值离散问题,本项目将对传统的数值离散方法如有限差分法、有限解析法和有限体积法等进行系统的分析、比较,以寻求一种较为稳定和精确的方法,对作操纵运动船舶的粘性绕流进行计算. 3) 湍流模式和壁面处理形式也是影响粘性流动理论计算的精度和效率的一项重要因素,本研究将对适合于作操纵运动尤其是作大角度斜航和回转运动三维船体的粘性流动计算的湍流模式和壁面处理方法进行研究与探索. 4) 同时考虑粘性和自由表面的影响是研究的一个难题,也是将要解决的关键问题. 4.项目创新之处 项目的创新之处是在船舶操纵运动的理论研究中,引入了粘性流体力学的理论和方法,并且首次同时考虑自由表面和粘性对作操纵运动船舶的水动力的作用,运用现代CFD技术及粘性流体动力学方程,分析、计算作操纵运动船舶的流场、压力分布及水动力,从而建立更加合理、精确和完善的操纵运动船舶水动力理论计算模型和数值计算方法. 科技处(余区办) 章爱武