超大型集装箱船全浪向波浪增阻预报技术研究

随着IMO最小推进功率规范的实施和ISO-15016实船测试航速修正方法的修订改版,波浪增阻研究引起广泛关注,成为当前船舶耐波性领域研究的热点和难点。虽然国际上针对迎浪情况的船舶波浪增阻已开展过较为广泛的研究,但对于斜浪和随浪等全浪向中的波浪增阻预报尚未取得突破性进展。该文首先阐述全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验方法,然后针对2万箱超大型集装箱船开展全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验研究。通过与商业软件和荷兰MARIN水池试验结果的比较,证明数值预报方法有效且计算结果优于商业软件、模型试验方法可行。研究成果可用于船舶在全浪向中的波浪增阻预报,进而可用于实船测试航速修正和最小推进功率规范校核等,具有较好的工程应用价值。     

船舶在随浪中的增阻和失速研究

针对国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐的实船试航航速修正方法中对波浪增阻的修正未严格区分迎浪工况和随浪工况的情况,对一艘50500载重吨油船进行随浪规则波模型试验,并将所得结果与迎浪规则波模型试验结果相对比,研究船舶在随浪中的波浪增阻和运动规律.采用ITTC实船功率预报推荐的阻力推力一致法对该船进行实际海况下的失速预报分析,对比迎浪和随浪工况下的实船失速预报情况.结果 发现,在相同等级的海况下,随浪工况下的船舶失速比迎浪工况下的船舶失速小,且随着海况等级的提升,两者的失速差值越来越大.     

船舶全浪向波浪增阻数值计算与模型试验验证

论文将基于切片理论的迎浪波浪增阻计算方法拓展至全浪向波浪增阻预报,开展了两条船在不同航速、不同浪向下的波浪增阻计算,并与模型试验结果进行了比较。论文方法具有一定的工程实用性,可用于船舶设计阶段有航速情况的全浪向波浪增阻的快速评估。     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。     

改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法

波浪增阻的精确预报对船舶实际航行的性能分析具有重要意义。论文采用理论的和半经验方法,对集装箱船进行了规则波迎浪航行波浪增阻计算,与试验结果进行了比较,分析吃水和航速影响。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力中绕射势得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析两种方法波浪增阻成分占比,得出了不同方法在不同频域段的适用范围。对半经验方法计算波浪增阻的关键参数进行了讨论,结合理论计算结果的趋势,针对集装箱船船型,提出了反映船型特征的预报波浪增阻的半经验方法。     

基于数值水池的集装箱船波浪增阻数值模拟

船舶在实际航行的过程中,在快速性方面会遭遇波浪使阻力增加而引起失速。为了设计具有优良航行性能的船舶,必须对船舶在波浪中航行的阻力增值给出准确的预报。船舶在波浪中航行的运动响应以及增阻预报涉及复杂的水动力学问题,如何开展准确的数值预报,这是目前国内外学者都在深入研究并力求工程应用的课题。本文对集装箱船进行实体建模,基于Fine/Marine的自适应网格生成技术HEXPRESS功能,数值模拟了规则波浪下,不同航速集装箱船的波浪增阻的变化规律。通过研究发现:在波长l/L_(PP)=1. 0附近垂荡运动响应变化明显,并且增阻系数最大,航速越大波浪增阻系数越大。本文的研究成果为后续船舶波浪增阻的预报以及优良船型的设计提供了有价值的参考。     

波浪增阻预报的研究现状与未来展望

随着国际海事组织减少温室气体排放战略的稳步推进，波浪增阻预报成为近十多年来的热点研究课题之一。作为二阶波浪力，其成因既与船舶本身特征相关，又与其营运状态和海洋环境相关。由于存在各种限制，对其进行精确测定和数值预报均十分困难。该文阐述了各种波浪增阻预报方法的研究现状，包括实验方法、基于势流理论的方法、基于求解黏性方程的方法、半经验方法和数据驱动方法等，回顾和评述了各种方法的发展历程并展望了未来发展趋势；此外，基于半经验公式，文中展示了新型船舶各航速与各海况下的平均波浪增阻等值线图，该图表便于工程实践应用；最后，在充分讨论的基础上，提出了未来研究工作需重点关注的方向。     

波浪增阻计算方法对船舶航速的影响分析

失速系数（ fw）是EEDI公式的计算参数之一。文章研究了典型海况下不同的波浪增阻计算方法对船舶航速以及fw的影响。文中主要基于三种波浪增阻理论计算模型,以肥大型船为研究对象,计算分析典型海况蒲氏六级下的波浪增阻系数的分布规律以及相同收到功率下的航速和fw。结果表明：三个理论模型计算得到的fw均低于模型试验结果;Model-3高估了不规则波中的波浪增阻值;Model-1和Model-2计算得到的fw与模型试验结果较接近。     

基于ITTC的实船试航航速修正方法

依据ITTC 7.5-04-01-01.2,并结合ISO 15016（2002）中关于实船试航航速修正方法,以EXCEL为平台,通过VBA编写程序,建立了一种考虑风、波浪、水温、航行状态和浅水等影响因素的船舶试航航速修正方法,可以快捷方便地对试航航速进行修正,得到深水、无风、无浪、无流条件下的船舶航速、主机功率、螺旋桨转速及相应压载吃水和结构吃水工况下的S-P曲线。最后将软件应用于某散货船实船航速修正中,经对比分析表明其修正结果与船模试验的变化趋势是一致的。     

舰船风浪失速计算新模式

舰船在风浪中的失速预报难以满足海上实践需求,是当前航海科学技术领域亟待解决的课题.通过对失速预报精度不高的三个主要原因进行了分析,明确了解决问题的思路.首先,提出了获取当前海浪谱的两种方案;其次.强调了必须会面计算波浪增阻、风增阻、螺旋桨推力损失、艏摇增阻,并一一给出了优化的计算公式;最后,通过对比功率一航速曲线得到失...     

基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。     

基于ISO15016的实船航速修正方法

介绍了试航航速修正标准ISO15016（2002）的基本原理,根据载荷系数的变化建立平衡方程式,最终修正得到深水、平静海面、无风、无浪、无流条件下的船舶航速和功率。通过VBA编程,编制了一套考虑风、潮流、波浪、操舵、水温、航行状态和浅水等影响因素在内的船舶试航航速修正软件,并以1SO提供的算例对软件进行了检验,证明了该软件的可靠性。最后运用该软件对某散货船实船试航航速进行修正,并与模型试验预报结果进行比较,获得了相同的功率曲线变化趋势。     

基于蒙特卡洛法的实船功率性能试验不确定度分析

针对实船功率性能测量与分析涉及因素多,难以通过传统GUM法对修正得到的理想状态功率与航速结果进行不确定度评价的问题,提出基于蒙特卡洛法的实船功率性能不确定度分析方法,分析实船功率性能试验中的主要不确定度源,依据ISO15016数据处理方法建立测量模型,以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为对象分析实船功率性能试验与不确定度,获得了功率和航速测量的不确定度水平与主要影响量,验证了不确定度分析方法的适用性。     

水线面大开口型工程船的阻力试验和节能措施

文章通过船模试验研究了水线面大开口型工程船的静水阻力和波浪阻力特性。结果显示,水线面大开口型工程船的艏艉开槽大大增加了船体的静水阻力,但对船体波浪增阻的影响却并不明显。同时,用模型试验和实船试验共同验证了此类船舶航行时双舵内偏一个角度能明显提高航速,是一项有效的节能措施。     

自升式平台湿拖过程中的二阶波浪力增阻分析

波浪引起的二阶平均波浪力附加阻力是自升式平台湿拖过程中总阻力的重要组成部分。基于三维势流理论分析了影响自升式平台湿拖过程中附加阻力的相关参数,包括Jonswap谱γ值、航速以及波浪要素等,进行了敏感性分析。研究结果表明:计算二阶波浪力增阻所选取的Jonswap谱γ值取3.5更为合理;二阶力增阻对波浪周期的变化较为敏感,实际拖航阻力估算只需考虑静水拖航阻力和实际海况的双重作用,可略去航速的影响;并验证了二阶波浪力增阻值与有义波高的平方成正比,提供了一种可靠的二阶力增阻估算方法。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究。从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

螺旋桨设计与实船最佳航速预报

介绍了螺旋桨最佳直径与最佳螺距比的设计方法，阐述了螺旋桨直径与螺距(或螺距比)之间的关系，从流体力学环流理论角度提出了预报实船最佳航速的直观简便的计算方法。据此计算的航速与实船试航的航速比较接近，其预报的准确性均小于6％，对各类船舶的螺旋桨设计与实船航速预报方面具有一定的实际应用参考价值。     

ISO 15016—2015及其对实船测速的影响分析

通过介绍ISO 15016—2015的提出背景、基本内容和计算方法,给出在实船测速中应注意的事项。结合已完成的3艘8.2万dwt系列散货船实船测速、速度修正计算的实例,分析各环境因素对修正计算结果的影响。分析认为:对于该系列的3艘船,在特定的环境条件下,波浪、温度和风是影响航速/功率分析结果的主要因素。     

内河船舶波浪载荷研究

利用内河波浪散布图和修订波浪谱对内河系列船舶进行了波浪载荷的计算预报,首次分析了内河船舶波浪载荷的规律和特点,并与俄罗斯内河登记局(RRR)和法国-德国船级社(B-G)的内河规范载荷对应的等效模数要求进行了比较分析。结合实船测试结果表明：波浪载荷变化规律与国外同类规范一致,预报波浪载荷水平与测试结果及国外同类规范要求相当。内河船舶波浪载荷预报应考虑航速和水深的影响,载荷预报结果可以作为制定内河波浪载荷公式的基础。