波浪中母船干扰下潜水员梯的运动及水动力特性分析

潜水员梯是通过销轴连接在母船舷侧为潜水员执行潜水作业时上下船的平台,为保证在波浪中使用时的安全性,对其波浪作用力、运动响应及销轴处的动作用载荷设计有较高要求。为研究母船干扰下潜水员梯的动态响应特性,采用基于深水格林函数为积分内核的边界元方法,先计算母船及潜水梯这一整体的运动响应及其平均湿表面的辐射和绕射压力分布,依据刚体运动合成原理求解得到潜水梯重心处的运动。再以潜水员梯为研究对象,采用压力积分方法获得潜水员梯的波浪力作用,并将其运动、波浪力和销轴处的作用力联立构成动力学平衡方程,逆向求解出销轴处的动作用力。基于上述思路,系统研究了波长、航速及潜水员梯与母船相对位置变化时潜水员梯的运动、波浪作用力及销轴处作用力的变化规律,为潜水员梯的布置、销轴的选型及潜水作业时母船的操纵可提供指导意义。     

三维移动源格林函数的新表达式及其数值积分研究

文章以三维移动脉动源格林函数为基础,推导了频率为零有航速时该函数的数学表达式,即定常移动兴波源格林函数,该函数包含Rankine源及其关于静水面的镜像源项、近场扰动项和远场传播项。与一般的移动源格林函数相比,该表达式不存在无穷间断点带来的奇异性,且积分区间变为一般表达式积分区间的一半,在积分计算中具有较大的数值优势。依据近场扰动项和远场传播项的函数特性,提出采用变步长自适应Simpson法和数学变换方法以提高数值积分计算的稳定性,构建了一套完备的兼顾积分效率和精度的数值积分方法。分析新引入的复变函数特性发现,其伪奇异性与Kelvin源传播波的传播范围相对应,且伪奇异性点的个数最多为两个,积分计算过程中可通过寻根公式快速直接求解伪奇异点。数值计算结果表明,文中提出的方法和计算程序可靠,适用于不同航速和任意源点、场点位置条件下的移动源格林函数及其偏导数的数值计算。     

光学系统QTM在两船水池试验中的应用研究

光学系统QTM是一种有效的非接触式船模运动测量系统,其利用高速相机追踪红外反光Marker球在标定坐标系中的位置变化来解算船模六自由度运动响应,有效克服了对船模自身的运动产生的干扰效应。在空间几何理论框架内,构建了Marker球与高速相机的空间布局分析数学模型,推导获得了Marker球是否位于高速相机视野范围内的判别表达式。研究表明：光学系统QTM适用于两船多种复杂试验工况的运动测试,且具有高效的位置解析度和快速响应能力,在船模运动动态捕捉测量方面具有广阔的应用前景。     

波浪中航行两船模池壁干扰效应的数值研究

对规则波中顶浪并行航行的两船模,基于频域移动脉动源格林函数建立了有效表达池壁效应的三维数学模型,该模型采用分布源积分方法求解近距航行两船模的波浪作用力和运动响应,并利用镜像原理将水池格林函数表示为开阔水域的格林函数和由镜像点源组成的无穷级数.分析移动脉动源格林函数的远场传播模态及其特性可知,当τ>0.272(τ为斯特劳哈尔数)时各传播波模态均不在点源的上游出现,故此时点源波系的影响范围可由环形—扇形波的半楔角确定,在此基础上计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、水池宽度和两船相对位置,采用六个几何临界半楔角表征船体的辐射—绕射波,提出了并行航行两船模的池壁效应判别方法.数值研究表明:不同镜像次数下水池格林函数的数值差异主要体现在距船艏较远处,在兼顾计算精度与效率的原则下可选取有限项级数的水池格林函数作为积分内核,而池壁效应对近距航行两船运动响应的影响主要体现在长波区.     

基于全相位时移相位差的船模试验信号频谱分析方法研究

相位信息是船舶水动力特性的重要方面之一。为了高精度识别船模试验测量信号中的频率成分属性,文章对测量信号作分离和延时处理,将全相位时移相位差法应用于动态信号的处理分析之中。通过仿真信号分析表明,该方法具有良好的抑制频谱泄漏性能和相位分析能力,且谐波分析能力强、抗噪性能好,在信噪比大于10 dB的噪声环境下参数识别的精度仍较高。对两船近距航行模型试验,应用该方法对全拘束船模的垂荡力和艏摇力矩信号开展了频谱分析,分析得到的一阶波浪力幅值及相位差表现出较好的规律性。     

波浪中两浮体水动力干扰模型试验研究综述

波浪中两浮体的水动力干扰问题主要来自于海上补给作业实践。目前,国内外已有多家水池机构可开展两浮体的零航速模型试验,而有航速状态下两船模型试验的数据十分稀少且珍贵。为此,文章重点介绍了国内外相关机构开展的两浮体间流体共振模型试验、零航速和有航速下的两浮体模型试验概况,并分析了波浪中有航速两船水池模型试验的主要技术难点。     

静水中并行两船水动力干扰数值研究

为比较分析单船与两船并行航行的水动力差异,探讨静水中两船并行时漂角、船船相对位置对船体阻力、侧向力及摇首力矩的影响规律,文章基于RANS方程采用SST k-棕湍流模型,数值分析了某两船静水并行时船船相互作用。研究表明：不同漂角下两船中对中并行时,船体所受阻力均较单船航行时有所增大且受到指向两船中间的附加侧向力;当两船并行斜航的漂角相反时,同一船舶位于迎流侧较背流侧时船体受力存在一定差异;两船并行直航时,船船相对位置对船体受力有较大的影响,当两船纵向间距小于一倍船长时,船船相互作用较为显著,在不同横向间距下,船体受力随纵向间距的变化规律相同,在一定纵向间距下,船间横向间距越小船船相互作用越强。     

移动脉动源的传播特性在池壁效应判别中的应用研究

受水池宽度的限制,波浪中航行的船模可能受到池壁效应的干扰,这种干扰作用的实质是船体的辐射—绕射波经池壁反射后作用于船模的结果。文章以点源为研究对象,采用等相分析法获得了Bessho型移动脉动源格林函数的远场传播波系。分析表明:移动脉动源的传播波模态与斯特劳哈尔数τ的大小密切相关,当τ0.25时远场波系中包含环形波、内侧楔形波及外侧楔形波三个模态;当τ0.25时远场波系中包含环形—扇形波、扇形波及内侧楔形波三个模态。进一步分析可知,当τ0.272时,环形波或环形-扇形波将出现在船模前方,此时的池壁效应不可避免;当τ0.272且船艏点源兴波的半楔角大于几何临界半楔角时,此时将存在池壁效应的干扰。文中在单船试验池壁效应判别分析的基础上,计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、两船相对位置和池壁几何参数,提出了采用四个几何临界半楔角的最小值判别波浪中并行航行两船模池壁效应的数值方法。     

连续小波变换在船舶横摇阻尼识别中的应用

考虑到静水横摇衰减试验信号具有有效样本周期较少和信号周期随幅值发生变化等特点,为了高精度地识别船舶横摇阻尼的大小,采用Morlet小波作为连续小波变换的基函数,探讨有效克服边界效应的处理方法,在时频平面内通过相位特性提取小波脊线,并依据小波脊线的幅值和幅角变化规律识别出横摇阻尼参数.通过仿真实例验证该方法的可行性,同时也为船舶横摇阻尼试验提供一种新的识别方法.