长峰波随机海浪的实时仿真和频谱分析

本文提出一种根据随机海浪频谱来实时仿真长峰波随机海浪的方法,它可用于研究船舶及其控制系统在长峰波海浪中的性能。这个方法可以对包括PM谱、中国沿海谱等在内的各种随机海浪进行仿真。仿真的结果利用了FFT进行频谱分析,并把仿真的谱和要求的频谱进行比较。比较的结果既可用于修正程序以提高仿真精度又可作为仿真的精度指标。仿真程序有较大的灵活性,它可方便修改以满足多种目的使用。仿真程序用FORTRAN语言在微型计算机上实现。仿真的输出在船舶控制系统的研究中得到了实际应用。     

船舶在海浪中运动的计算方法

船舶在海浪中的运动可以用理论解析方法来计算,亦可以用实验方法来推算。在当前理论水平上用实验的方法是比较准确的。视试验设备的条件,在水池冲可以造成(1)长峰迎顺规则波或不规则波,(2)长峰规则斜波,(3)长峰不规则斜波,或(4)短峰不规则波。用船模在这四种类型中的任何一种波浪均可求得船舶运动的传递函数,从而推算出实船的运动特征。文中末了提到用实船在选定的海浪中试航的方法来分析和验证船舶的运动。     

短峰波中船舶运动与波浪载荷的频域水弹性理论与试验研究

传统的耐波性及波浪载荷理论与试验主要针对船舶在二维长峰波中的运动与载荷响应进行预报,然而实际海浪是三维短峰波。研究表明,基于长峰波的理论计算及水池模型试验所预报的船舶运动与载荷响应与实际情况存在一定的差异,且三维波浪的方向扩散特性是影响船舶运动与载荷响应的重要因素之一。为了研究短峰波中船舶运动与载荷响应特性及其与长峰波中响应的差异性,本文首先基于三维水弹性理论计算船舶在规则波中的频域响应,然后基于二维谱分析法将其扩展至短峰不规则波中船舶运动与载荷响应预报,进而分析短峰波方向扩散函数对于船舶运动与载荷响应的影响,最后基于实际海浪环境下大尺度模型水弹性试验数据验证理论计算结果。     

由船舶响应反推当前海浪频谱的探索研究

借助白噪声谱在数学处理上的独特优势,利用计算流体力学方法(CFD),生成了高精度的白噪声长峰不规则波,实现了船模在该海浪环境下顶浪航行时的纵摇及垂荡耦合运动的数值模拟,从而计算船模纵摇和垂向加速度的响应幅值算子(RAO),达到了由海上实测摇荡时历反推较高精度海浪频谱的目标,并将反推结果与海上实测海浪数据进行了对比,效果良好,从而为在航船舶提供了一种获取当前海浪信息的新方法。     

水下航行体在非规则波中出水运动数值仿真研究

海面波浪是影响水下航行体出水姿态变化的一个重要因素。目前对此问题的研究多局限于规则波浪,但是真实的海浪环境一般很少是规则波,而是以非规则波浪为主的。为更好地对此问题进行研究,首先以ITTC海浪谱为目标谱,运用CFD数值方法构建长峰非规则波数值波浪水池,并采用谱分析方法对波浪数值水池精度进行了计算,效果良好;在此基础上对水下航行体在非规则波浪条件下的出水运动进行了数值计算,得出了长峰非规则波对航行体出水姿态的影响,为水下航行体出水姿态的预报提供了理论参考。     

基于Simulink的潜器在海浪中运动的实时仿真

以随机长峰波海浪作为模型,利用流体力学和波浪理论的原理对潜器在波浪中的运动进行受力分析,建立了潜器的横摇、纵摇和起伏运动的数学模型,用S函数进行各种海况下波浪力的计算和微分方程的求解,运用Matlab中的Simulink控件对潜器在海浪中的运动进行实时仿真,结果表明该方法能够比较真实地模拟各种海况下潜器在海浪中的运动情况.     

三维波对船舶运动响应影响研究

通常情况,实际海况的波浪更接近三维波,而在船舶运动预报时,目前主要考虑二维波(长峰波)中的响应,不能真正反映船舶在实际海浪中的运动.文中利用不同方法(频域方法、时域方法以及模型)研究了三维波的方向扩散性对船舶运动响应的影响.三种方法得到的三维波对船舶运动的影响是一致的.结果显示,在研究实际海况中的船舶运动时,考虑三维波的方向扩散性是非常重要的.     

长峰不规则波与短峰不规则波对船舶失速影响的分析

船舶在波浪中的失速系数fw是新造船舶能效设计指数EEDI公式中的一个重要参数,它的计算方法是当前的一个热点。考虑到真实海浪常呈现三维特性,采用了国际海事组织(IMO)的GHG会议进展中推荐的频率谱以及ITTC建议的方向扩展函数,分析研究长峰不规则波与短峰不规则波对船舶失速的影响。计算结果表明,长峰不规则波与短峰不规则波中船舶增阻是有差别的,从而对fw也产生一定的影响。     

基于能量分布重叠率的海浪谱评估方法研究

海浪谱评估是非规则波的水池造波,波浪及舰船耐波性数值模拟研究中的重要一环,是其效果评价的依据。文中阐述了目前常用的几种海浪谱评估方法的优势与不足,并提出一种基于能量分布重叠率的海浪谱评估新方法。具体为:针对频谱计算其面积重叠率,针对方向谱计算其体积重叠率。试验表明,该方法过程简单、计算快捷、效果较好,是一种简单实用的海浪谱评估方法。在此基础上又针对实际评估更侧重谱形的情况,提出了一种略为复杂而精度更高的使用一阶矩的改进算法。     

波浪中并靠两船运动计算

文章用切片理论的二维格林函数法求取流场速度势,用线性弹簧取代系缆和碰垫,解并靠两船的联立运动方程,得到了两船在规则波中的各自由度运动幅值,用谱分析法得出两船在不规则海浪中运动的统计规律.     

张力腿平台在随机波浪中的耦合运动响应研究

文章研究了张力腿平台在随机波中长期海况下的耦合响应。推导了振动微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格-库塔法对运动微分方程进行了数值求解。海浪谱采用Jonswap谱,随机波采用蒙特卡罗法来模拟,对不同海况下张力腿平台耦合动力响应、张力腿张力变化进行了能量谱分析。并且比较分析了不同浪向角、不同谱峰周期对平台运动响应的影响。对考虑耦合与不考虑耦合张力腿平台响应进行了比较。     

小水线面双体船支柱斜度对其耐波性能影响分析

基于三维势流理论,本文研究了不同支柱倾斜角度的小水线面双体船在设计航速下的耐波性能。将规则波中的运动响应幅值函数与海浪谱结合得到运动统计有义值。对比不同支柱倾斜角度的频率响应曲线,发现在相同海况条件下随着支柱倾斜角度增加,垂荡和纵摇峰值降低。结果表明,通过倾斜支柱可增加船舶运动的附加质量和阻尼,削弱频率响应曲线共振峰。     

小水线面双体船支柱斜度对其耐波性能影响分析

基于三维势流理论,本文研究了不同支柱倾斜角度的小水线面双体船在设计航速下的耐波性能。将规则波中的运动响应幅值函数与海浪谱结合得到运动统计有义值。对比不同支柱倾斜角度的频率响应曲线,发现在相同海况条件下随着支柱倾斜角度增加,垂荡和纵摇峰值降低。结果表明,通过倾斜支柱可增加船舶运动的附加质量和阻尼,削弱频率响应曲线共振峰。     

实际海域波浪方向谱的研究:第二篇报告;由浮式海洋平台“POSEIDON“号的摇摆

本文旨在开发一种程序，用来由浮式海洋平台“ＰＯＳＥＩＤＯＮ”号的摇摆运动记录估算海浪方向谱。基于入射波浪与运动响应间的线性假定扩展的最大似然法可用来从诸运动记录估算出方向波谱。     

随机横浪中船舶倾覆概率计算

本文对随机横浪中船舶的运动及其倾覆概率计算进行了探讨。计算中海浪用ITTC推荐的海浪谱，风采用Davenport频谱描述。设船舶横摇服从高斯分布，由此确定横摇极大值的概率密度，计算出船舶在不稳定区内每次横摇的倾覆概率，进而确定船舶在无航速漂流全过程中的倾覆概率，并给出了一条船的计算实例。     

高速集装箱船在实海域中的耐波性预报

耐波性是衡量船舶性能优劣的一个重要衡量指标.基于数值计算以及船测海浪数据,对3100箱集装箱船进行耐波性方面的预报.给出船舶具体的航行海域,结合该海域的海浪统计资料对船舶运动进行长期预报.在海浪谱的选择上,考虑到能够更加真实的描述实际海浪,计算中选择使用了方向谱.     

雷达测波信息存储和实用化研究

目前,用于航行舰船上的测波设备只有测波雷达,其优势为可以测得当前较精确的海浪谱,这是精确预报舰船耐波性的基础。在测波雷达使用中,至少存在三方面矛盾:一是各船测得的海量海浪信息,如何实现快速查询;二是信息如何为众多的需求单位共享,以求解决海浪信息预报和深入研究海浪规律尤其是远洋航区的海浪规律问题;三是需要解决普遍存在有义波高测量误差偏大等测波信息航海实用化的问题。本文针对以上需求,以WaMoSⅡ测波雷达为例,从建立雷达测波信息数据库、有义波高的参数修正、相对频谱转化为绝对频谱以及基于雷达测波信息生成频率方向谱等方面,对测波信息的再处理进行研究,力求满足上述需求。     

舰载导弹系统发射动力学特性研究

舰载导弹系统是重要的军事打击和威慑武器,由于导弹系统的运动是海浪、船体和导弹本身复杂的耦合运动,因此在分析导弹系统的运动时必须要结合发射动力学理论。首先对导弹系统工作过程中的海浪谱和舰船运动谱进行建模,然后利用Abaqus等分析平台进行了舰载导弹系统的有限元建模。最后进行导弹系统的动力学仿真,得到了导弹发射时的运动学特性。     

不同海浪谱对船舶载货系统运动响应分析的影响

本文从船舶远洋运输角度对三种典型海浪谱的特性进行了研究,利用三维势流理论对船舶频域统计进行分析,在同一气象环境参数下,分别计算了Neumann谱、P-M谱和JONSWAP谱对船舶载货系统的运动响应短期预报极值,得到了P-M谱和JONSWAP谱下设备模块运动加速度等短期预报值的相近,而Neumann谱下设备模块运动加速度等短期预报值偏小的结果。说明根据技术条件慎重选择海浪谱进行船舶载货系统运动响应分析十分关键。     

响水海域双峰谱型海浪的统计分析

对收集到的响水海域实测双峰谱型海浪资料进行谱分析和统计分析,探讨了双峰谱型海浪的波高分布、周期分布以及波高与周期的联合分布,认为用单峰谱型海浪的研究成果来描述双峰谱型海浪已不再适宜,并根据响水海域实测波浪资料,提出了双峰谱型海浪的波高、周期的经验分布式。通过对双峰谱型海浪资料进行谱分析,计算了若干与谱宽有关的波谱参量,并与合田良实的实测结果进行对比。最后还对双峰谱型海浪的谱特征值与跨零特征值进行了比较,认为对于双峰谱型海浪,由谱法计算的有效波高与由跨零法计算的有效波高相差不大;而对于平均周期,谱法要略小于跨零法。