波浪中航行船舶水动力和运动分析的Rankine源高阶面元法研究

基于三维频域势流理论，采用计及定常绕流影响的物面和自由面条件，建立了求解波浪中航行船舶水动力和运动响应的Rankine源高阶面元法。采用九节点等参单元离散船体表面，引入Rayleigh人工阻尼项消除自由面截断处波浪的反射，并基于积分方法计算物面条件中的mj项。为了反映波浪自船头向船尾传播的特性，提高数值计算稳定性和精确性，采用二阶迎风差分格式处理自由面条件中速度势的二阶空间导数。选择不同的自由面范围和网格密度对船舶在典型工况下的水动力系数进行计算和分析，以确定达到收敛要求的离散参数取值。在此基础上，针对不同船型在不同遭遇频率下的水动力和运动响应进行数值预报，并将它们与试验及其它数值方法的结果进行对比，表明用该方法计算的结果与试验数据吻合良好。该方法与基于线性均流和常值单元离散的Rankine源法相比精度更高，对于船体外飘的船舶水动力计算要比移动脉动源法更为稳定。