不同堆垛模式下集装箱船风载荷特性研究

[目的]针对实海域风浪因素的船舶性能评估与优化技术是船舶能效设计的关键环节,而风载荷是实海域船舶风浪环境载荷的重要组成部分。对大型集装箱船而言,堆垛模式对船舶风载荷特性具有显著影响。为定量研究其影响规律,[方法]针对具有相同集装箱装载量但堆垛模式互有差异的10 000 TEU大型集装箱船模型,开展覆盖多风速、全风向角范围的系列风洞实验,并采用CFD数值计算和藤原敏文经验公式等计算方法进行交叉验证。[结果]分析结果表明,船舶横、纵向受风区域的形状参数对于风载荷特性影响显著,呈流线型或阶梯型布置的常规堆垛模式整体上风载荷特性较好,但具有多个空缺的特殊堆垛模式在艏摇力矩等方面占有一定优势。[结论]研究结果可为实际工程中的集装箱堆垛模式设计和风载荷计算评估提供技术参考。     

船舶纵向下水运动计算新的应用方法

船舶纵向下水是一种被广泛采用的传统下水方法。纵向下水关注艏艉跌落的发生和艏支架最大压力。根据船舶三维设计的发展趋势,在传统纵向下水的基础上,本文提出了一种改进的下水计算方法。下水过程中涉及的船体瞬时湿表面积、排水体积、浮心位置和浮力矩等物理量采用基于NURBS船体曲面的精确计算方法进行计算,给出了下水过程中船舶移动速度和加速度与下水行程之间关系的计算公式,实际开发了MatLab下水计算程序。在此基础上,对一艘3,100箱集装箱船具体开展了下水计算,结果表明,艏艉跌落并未发生,支架最大压力在合理的安全范围以内。此外,计算得到的湿表面积和排水体积与商用软件的计算结果符合一致。     

基于LQR限宽水域中KVLCC2操纵运动控制研究

在航道宽度受限制的水域中,船舶会受到岸壁效应的影响,横向力与首摇力矩将发生变化,这会对船舶的航行安全产生不利的影响.鉴于此问题,本文应用现代控制理论最优控制LQR方法,对在限制水域中航行的超大型油轮KVLCC2的操纵运动进行控制研究.为便于LQR控制器的设计,采用线性状态空间形式的操纵运动方程,基于数值模拟获取的相应线性水动力系数,计算出使目标函数值最小的增益矩阵K,从而得到满足最优控制规律的时域舵角变化,实现对不同宽度水域中船舶运动的最优控制,并与极点配置控制法作比较,验证LQR控制器的优越性.结果表明,当船岸距离d/L≥1.2时,船舶基本不受岸壁效应的影响,控制幅度极小;当岸壁距离d/L=0.25时,摆舵角度将超过6°,同时船舶前进速度也将下降,下降幅度将超过前进速度的10%,岸壁效应明显.     

IMO瘫船稳性倾覆概率分段线性化和敏感性分析

国际海事组织(IMO)第2代完整稳性规则预计将于2019年定稿,目前仍处于大量样船的计算与完善阶段。处于横风横浪联合作用下产生大幅横摇甚至倾覆的瘫船状态,被公认是相对危险的稳性失效模式。因此基于瘫船稳性第2层衡准,针对2艘集装箱船,利用分段线性化方法得到横摇运动方程的解析解,并据此进行倾覆概率的计算。在样船计算的基础上同局部线性化结果进行对比,并对影响倾覆概率的敏感性因素进行分析:延长暴露时间、高峰宽频的波浪谱、选择GZ曲线顶点为分段分界点等均能提高衡准的安全裕度。在此计算分析的基础上为完善IMO瘫船稳性衡准的制定提供技术支撑。     

基于局部线性化方法的瘫船稳性敏感性分析及衡准完善

[目的]瘫船稳性是当船舶失去动力后,在横风横浪状态下发生共振横摇甚至倾覆的运动模式,是公认的较危险的稳性失效模式。国际海事组织(IMO)船舶设计与建造分委会(SDC)预计将于2019年完成第2代完整稳性衡准规则定稿,目前亟需大量的样船计算以完善规则。[方法]基于局部线性化方法,对3艘集装箱船进行了瘫船稳性第2层衡准校核计算,并分析了瘫船稳性敏感性与船舶各设计参数的关系。[结果]分析结果表明,随着船舶吃水深度的增大,船舶倾覆概率将先增大后减小,并对第2层衡准的标准值选取及衡准完善提出了建议。[结论]可为瘫船稳性衡准研究提供技术支持。     

VLCC波浪中操纵性数值预报与自航模试验验证

超级油轮(VLCC)由于其自身惯性大、方形系数大等特点,其操纵性与一般的大型船舶存在很大差异,因此对其操纵性特别是波浪中的操纵性进行研究就显得尤为重要。目前国内鲜有研究人员对不同波陡、初始浪向角下VLCC波浪中的操纵性进行详细和深入研究,本文采用一种新型自航模系统的操纵性试验和数值模拟的方法对不同波陡规则波下VLCC波浪中的操纵性能进行了研究。在试验中,通过改变波浪参数,重点研究分析了不同波陡、初始浪向角对VLCC操纵性的影响,并与数值模拟进行比较,结果吻合良好。     

基于曲面插值算法的KCS船球鼻艏形状优化

本文应用一种基于控制点阵的曲面形状控制算法改变球鼻艏的几何变形,通过增加点阵的数量,以改善球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,运用多岛遗传算法数值设计兴波阻力最小的球鼻艏形状.针对KCS船舶,对3个不同点阵数量开展了球鼻艏形状优化设计,结果表明,增加点阵数量能有效地提高球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,同时也保证了减阻效果,最优...     

大型起重铺管船稳性特点与船型设计

半潜起重铺管船是一种技术形态复杂的海洋工程船舶,随着世界各国对海洋油气资源的开发利用而日益受到重视。文章介绍了大型起重铺管船在稳性方面的特点,并分析了其对船型和主尺度选择的影响,希望能对同类船的研究提供参考。     

集装箱船横摇惯性矩计算方法对参数横摇敏感性预报影响研究

迎浪条件下的参数横摇现象,作为一种重要的稳性失效模式受到了国际海事组织（IMO）的高度关注。由于横摇惯性矩对横摇固有周期的作用,使之成为参数横摇的决定性影响因素之一。本文比较了4种实船横摇惯性矩的计算方法,并采用一种三自由度弱非线性模型研究了其对参数横摇预报的影响。辐射力和绕射力的计算基于三维频域理论,时延效应采用脉冲响应函数法考虑。通过对3艘集装箱船的参数横摇敏感性分析,讨论了横摇惯性矩的不同计算方法对运动响应预报的影响,并给出了可用于第二代完整稳性参数横摇衡准的横摇惯性矩简化估算方法。     

基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明：当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。