Ian航行横向补给高架索张力及张力波动控制参数仿真

采用多体动力学分析软件，建立航行横向补给高架索系统计算机仿真模型，对高架索张力和由于高架索张力波动引起的货物振动进行分析，提出高架索最优张力和张力控制参数，并分析重锤式一级张力补偿装置和液压绞车式高架索张力补偿装置的性能。     

航行横向补给高架索恒张力系统动态性能仿真

高架索恒张力控制系统是海上航行横向补给装置的关键技术,建立了蓄能器式恒张力高架索绞车系统的数学模型,利用Matlab/Simulink软件建立了仿真模型,对某型国外横向补给装置的高架索恒张力系统进行了仿真,仿真结果符合实际使用情况。通过对影响高架索恒张力波动的主要设计参数的仿真,如液压系统阻尼、高压蓄能器气体容量和补给时两船相对运动速度,提出了相应的系统设计和使用建议。     

横向补给状态下两船的摇荡运动特性

采用多体水动力学软件AQWA进行横向补给状态下两船在波浪中的频域和时域分析。对高架索道上的恒张力表示为瞬时张力,分析不同航速、浪向角对横摇、垂荡和纵摇方向运动特性的影响,求得两船横向补给时较佳的浪向角和航速,为横向补给时航速和航向的选择提供指导。     

横向干货补给系统高架索的静力学分析

考虑挠曲对高架索索长的影响,利用微元法得到更为精确的高架索挠度表达式,将其进行二阶泰勒展开并代入悬挂点轨迹方程。重点研究补给过程中货物运输的安全性,通过数值计算发现补给过程中的落水危险点并不会发生在最大挠度处,而更接近接收端。探讨了高架索张力和补给距离对高架索静挠度的影响。     

航行横向补给舰船运动对高架索张力影响

基于静力学基本原理,建立海上航行补给高架索张力的基本公式,分析发送端与接收端之间的水平和竖直相对位移对高架索索道张力的影响。在此基础上,推导出水平和竖直相对位移与高架索索道张力的基本公式。最后,借助数学运算软件得到发送端与接收端相对位移与索道张力的关系曲线。研究结果表明,在补给过程中,当发送端与接收端相对距离变大时,高架索发送端张力急剧增加;当相对距离减小时,高架索发送端张力随之减小,变化趋势较为缓和。     

基于悬链线方程的海上横向补给高架索系统静力学分析

基于悬链线方程,建立考虑高架索长度和自重变化的海上横向补给高架索线形分析静力学模型,探讨高架索单位长度质量和张力大小等参数对高架索线形的影响,研究发现当高架索水平张力与补给品重量比值大于4时,高架索挠度很小,可以安全输运补给品。     

双电机恒张力控制系统

恒张力控制系统用于海上航行补给的高架索道张力控制及拖轮牵引缆的张力控制上。其目的是保持缆索张力的动态恒定,以免缆索断裂或相应装置受损。如图1所示,海上补给时,补给船与接受舰之间由高架索连接。由于风、浪等等原因,两舰时而分开,高架索张力增大,需放索补偿;时而两舰靠近,高架索张力减少,需收索补偿;这一收一放补偿,从而使高架索张力保持恒定。     

船舶在波浪中航行时绕射问题的线性时域解

本文研究了水面船舶(物体)在波浪中航行时的绕射问题,求得了有航速船舶绕射问题线性时域解的理论模型.提出了计算波浪绕射力的公式.对于细长形的船舶.作者给出了计算波浪扰动力的公式,使得在时域中有航速船舶波浪扰动力的计算,可以用辐射势和入射波势来表示,而不须求解绕射势.利用本文所提出的波浪扰动力公式.在求解波浪扰动力时,对于任意多的入射波频率,只要解算积分方程一从而大大节省了计算工作量。本文还证明了在波浪中航行的一般三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量价,则在波浪绕射力公式中,不存在水线积分项。从数学上证明了水线积分项在物理上反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在算例中,运用本文导出的波浪扰动力公式对 Wigley 船型进行了波浪扰动力的求解,与试验结果和现有理论方法的数值结果进行了比较,吻合良好.本文还对各种参数的影响进行了讨论,对计算结果所反映的物理现象作了分析。     

粘性对方尾船波浪力的影响分析

航行船舶绕射问题的准确求解是预报船舶波浪中运动的基础.文章分别采用基于三维移动脉动源的边界元法和基于RANS方程的CFD方法求解了规则波中航行的方尾船模型的波浪力,并通过与试验结果比较验证了方法的可靠性.CFD计算时通过从波浪力中分离出粘性力,研究了粘性对方尾船波浪力的影响.结果表明,基于RANS方程的波浪力计算结果与试验结果和势流理论结果吻合良好,在长波中与试验值更接近.粘性对船模斜浪航行时的横摇力矩有较大影响.     

近水面航行物体绕射问题的时域解

本文应用时域方法在线性自由面条件下讨论了水下任意三维物体在波浪中等速直线航行时的绕射问题,导出了作用在物体上的绕射力与相应的反向运动辐射势之间的关系式,从而不须求解绕射势便可得到绕射力,并且对于各种频率的入射波只须解算一次积分方程,大大减少了数值计算时间。时域Green函数的计算采用黄德波提供的快速插值方法,使计算能够在中小型计算机实现。 作为例子,本文计算了圆球和回转椭球体的波浪力,与现有理论计算和实验结果比较,证实了本方法的正确性和计算的准确性。此外,还对时域计算中的一些参数、定常波势以及航速的影响进行了分析讨论。     

波浪中破损船舶的运动响应研究

波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者的相互影响机理十分复杂.本文重点研究波浪中破舱进出水对船舶运动响应的影响,文中首先基于势流理论建立了考虑破舱进出水的4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合时域预报方法,在计算中假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda's经验公式修正阻尼系数.然后以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了波浪中考虑破舱进出水的数学模型以及破舱进出水对运动响应的影响,并研究了不同自由度、破舱口位置对运动响应的影响.研究表明,本文基于势流理论建立的时域预报方法可以定量的预报破损船舶的运动响应.     

采用Green-Naghdi方程和有限元法计算浅水船波

采用波动方程／有限元法求解Green-Naghdi(G-N)方程计算船舶在有限水深区域的兴波和波浪阻力。把行驶船舶对水面的扰动作为移动压力直接加在Green-Naghdi方程里，以描述运动船体和水面的相互作用，并经此来计算不面波动、船底水动压力和波浪阻力。G－N方程比浅水方程增加一个非线性的频散项，以补充有限水深对浅水船波的影响。采用随船运动网格的有限方法，以Series 60 CB=0.6船作为算例给出浅水船波的计算结果，并与浅水方程的结果进行了比较。计算结果表明，当船速小于临界速度时，由于频散的影响，G－N方程级出的船后尾波波高比浅水方程的结果大，同时波浪阻力也比浅水方程的结果有所提高。当船速大于临界速度时，G－N方程的计算结果与浅水方程基本相同，频率散射无明显影响。     

浅窄航道非线性兴波阻力数值计算

应用Rankine面元法计算船舶在浅窄航道中作匀速直航运动时的非线性兴波阻力．基于势流理论，在船体表面、自由面以及岸壁分布Rankine源来表达流场速度势，利用迭代方法满足非线性自由面边界条件，采用映像法满足水底边界条件，采用网格错位法满足辐射条件．以Wigley数学船型为例进行计算，通过改变航速和航道宽度参数，得到相应的兴波阻力．通过分析不同航速下航道宽度变化对兴波阻力的影响，得到了一些有意义的结论．     

数值波浪水池中船舶水动力系数测试与分析技术

以CFD理论为基础,建立了数值波浪水池,给出了一种基于三维数值波浪水池的船舶水动力系数测试与分析技术。对Wigley-III船模在数值波浪水池中受迫振荡进行了数值模拟,计算分析了船体垂荡、纵摇及纵荡运动的附加质量与阻尼,并与三维势流理论计算结果进行了比较,两者吻合良好。此方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

基于推力数值计算的喷水推进船快速性预报与验证

为实现对喷水推进船航速的快速、精准预报,基于ANSYS-CFX软件平台建立喷水推进器推力的计算流体力学(CFD)模型,采用分块六面体结构化网格离散计算域,采用稳态多参考系法求解雷诺时均的Navier-Stokes方程和SST湍流模型,对喷水推进器内的流场进行数值模拟.采用壁面积分法获取喷水推进器的等转速推力曲线,将其与船阻力曲线相叠加,通过求曲线的交点预报航速.选取可提供推进特性图谱的船A、带双级轴流式喷水推进器的船B和带混流式喷水推进器的船C为例,验证该方法的准确性.结果表明:船A配置的喷水推进器的推力计算值和航速预报值与厂商提供的数值吻合良好,船B和船C的航速预报结果均与实船试航值比较接近,最大偏差小于0.5 kn.结果验证了计算模型的可信性和适用性,进一步表明该方法可较好地指导喷水推进器厂商根据船舶所有人的需求便捷地选出合适型号的喷水推进器.     

折角型玻璃钢渔船线型设计方法研究

在分析各种船型设计方法的基础上,提出了一种更适合折角型玻璃钢渔船线型变换的设计方法,扩展了传统的母型改造法。特点是在给定母型的型值、柱长Lpp、型宽B、设计吃水T以及设计船的主尺度和主要要素后,就能变换出满足要求的设计船,而不依赖于母型船的横剖面面积曲线,不用保证船舯剖面系数相同,且还能确保折角线的光顺性。通过几条实船的线型设计,证明了该方法的先进性和工程实用性。     

波浪中多船多墩柱受力和运动的快速计算方法

文章对多船多墩柱相互作用问题提出了一个快速计算方法.该方法是将船体剖面用具有相等面积的等效矩形代替,并将流场划分为船底与水底之间的内场和船侧面之外的外场.对内场,采用简单的解析解;对外场,由于剖面是矩形的,所以可采用在船体水面周线上分布源汇的简单的源汇分布法.对内外场进行耦合匹配进行求解.直立柱体则相当于船底和水底之间间隙为零的情况,所以上面也可包括直立柱体的情况,这样该方法对多船多墩柱的问题可以给出简便快速的算法.通过与试验结果和数值结果的比较,验证了文中计算的有效性.     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。     

A B-spline method used to calculate added resistance in waves

Making an exact computation of added resistance in sea waves is of high interest due to the economic effects relating to ship design and operation. In this paper, a B-spline based method is developed for computation of added resistance. Based on the potential flow assumption, the velocity potential is computed using Green's formula. The Kochin function is applied to compute added resistance using Maruo's far-field method, the body surface is described by a B-spline curve and potentials and normal derivation of potentials are also described by B-spline basis functions and B-spline derivations. A collocation approach is applied for numerical computation, and integral equations are then evaluated by applying Gauss–Legendre quadrature. Computations are performed for a spheroid and different hull forms; results are validated by a comparison with experimental results. All results obtained with the present method show good agreement with experimental results.     

一种快速有效地计算多物体耦合运动的方法

文章给出一种简单有效的计算多船和多墩柱相互作用的方法。该方法的出发点是将船体剖面用具有等效矩形代替,并将其周围的流场划分为船底与水底之间的内场和船侧面的外场。内场速度势采用简单的解析解;外场速度势沿水深做傅立叶级数展开,并在船体水面周线上分布源汇。然后在内外场交界面上进行耦合匹配求解。对于求解墩柱可以等效于求解船体底间隙为零的情况。上面简单的方法对于多船和多墩柱的耦合计算是简单和有效的。通过给出数值算例,证明了本方法的精确性和有效性,并且研究了多船和港口间的相互作用问题。