漂移运动对横浪中船体横摇的影响

实验论述船体在激烈规则横浪中漂移运动对横摇的影响。船体运动测量结果表明，用线性切片法预估的有无舭龙骨船体的横摇运动，即使通过实验获得精确的横摇阻尼，在高波下也估计得过高。这说明，由于高频高波造成的高速漂移运动导致了横摇阻尼的增加和作用于船体上的波浪扰动力矩的减少，以及遭遇频率的变化，为精确估算高波横浪下的横摇运动，应求出波浪-频率-横摇运动和稳定漂移运动耦合方程。     

横摇阻尼对参数横摇计算精度影响研究

船舶横摇预报准确程度很大程度上取决于横摇阻尼的计算。参数横摇作为一种非线性横摇运动,在数值预报时,横摇阻尼算法对数值结果有很大影响。基于船模自由衰减试验拟合横摇阻尼系数,用一计算船舶回复力及耦合运动的数值程序来预报参数横摇,与试验结果对比,证实了该阻尼计算方法和数值算法的可靠性;进而根据贝尔登公式、渡边公式等计算横摇阻尼,比较不同横摇阻尼计算方法的精度。计算表明,用基于试验获得的横摇阻尼系数计算参数横摇相对可靠;采用其他阻尼系数计算的横摇幅值与试验值均有一定偏差,有些甚至偏差很大。     

船舶在横浪中非对称非线性横摇的一种计算方法

在实际营运中,船舶由于遭受定常强横风作用或货物移动等而产生初始横倾后,其复原力矩、阻尼力矩及横向惯性矩会发生变化。考虑到上述情况,本文建立了与对称横摇相类似的非对称非线性(阻尼和复原力矩同时有非线性)横摇运动的数学模型,用直接方法导出了该运动方程的近似解析解;同时探讨了非线性参量对强迫振荡的影响。本方法曾进行了相当数量的计算,与试验数据比较,得到较满意的结果。     

基于频域高阶Rankine源法的有航速船舶斜浪中六自由度运动数值计算研究

针对船舶斜浪航行时的六自由度运动预报,本文在频域势流理论框架下,采用高阶Rankine源法求解考虑定常绕流影响的绕辐射问题,建立多自由度耦合运动计算模型。为计及流体粘性对横摇运动的影响,基于计算流体力学理论对船舶自由横摇衰减运动进行模拟,经能量法处理求取横摇阻尼系数,并将其引入频域运动方程。在此基础上,自主开发船舶在规则波中斜浪航行时运动响应的数值计算程序。为验证方法和程序的可靠性,对S175集装箱船在遭遇浪向为150°时的垂荡、横摇和纵摇运动进行模拟,通过与基于移动脉动源的数值方法及试验结果的对比发现,本文方法计算稳定,且由于考虑了定常绕流的耦合影响,在共振频率附近的预报值与试验更为接近。进一步对不同浪向下S175以及肥大的S-Cb84散货船的六自由度运动进行数值计算与分析,结果显示数值解与试验值吻合良好。本文方法对于不同浪向和船型均有着广泛的适用性。     

顶浪规则波中参数横摇数值预报研究

国际海事组织正在制定第二代完整稳性衡准中有关参数横摇的直接稳性评估方法,本文提出了三种顶浪参数横摇数值方法。首先是单自由度横摇运动数学模型,考虑了无横倾时垂荡、纵摇运动对横摇力矩中非线性的Froude-Krylov力的影响;其次在单自由度数学模型的基础上进一步根据横摇角动态考虑了非线性的辐射力和绕射力;然后是垂荡-横摇-纵摇耦合的三自由度耦合数学模型,其中通过对瞬时湿表面积分得到非线性的Froude-Krylov力,考虑瞬时横摇角度对瞬时湿表面的影响计算辐射力和绕射力。最后采用国际海事组织提供的集装箱船型,通过比较计算结果和试验结果,证实这三种数值方法的有效性。     

三体船横摇运动

介绍了关于三体船横摇运动的研究工作。采用能量法，由自由横摇衰减试验测量数据计算了三体船横摇阻尼系数，分析横摇过程中阻尼非线性作用的特点，讨论侧体横向布置位置、舭龙骨和航速对三体船横摇运动的影响，对线性、非线性方法用于预报三体船横摇运动进行比较分析。三体船模型横摇试验包括静水中的自由横摇衰减试验、规则波中的零速横摇试验。试验中通过系列变化侧体横向布置位置，并对侧体安装舭龙骨进行对比试验，研究侧体布置和舭龙骨对三体船横摇运动的影响。经与试验结果对比，本文对三体船横摇运动预报的结果令人满意。     

液舱晃荡对船舶横摇运动影响的数值研究

为了研究加载液舱在船舶航行时舱内液体晃荡对船体横摇运动的影响,对船体外流场(波浪场)与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程。其中波浪中船体水动力和时延函数采用三维频域法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算。对横浪中加载了方形液舱的15000GT集装箱船在不同液舱装载深度工况下,就液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证。研究表明,耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体横摇运动的影响,数值结果与试验吻合良好,并具有较高的计算效率。     

纵浪中纵荡和稳性丧失对参数横摇的影响研究

目前国际海事组织正在制定船舶第二代完整稳性衡准,衡准方案中提出了建立可靠预报参数横摇数学模型的要求。本文针对纵浪中航速变化以及稳性丧失对参数横摇的影响开展了计算研究。首先建立了纵荡-垂荡-横摇-纵摇4自由度耦合数学模型,该数学模型中利用无横倾时的垂荡、纵摇运动以及纵荡导致的速度变化来确定船-波相对位置,然后沿着船体瞬时湿表面积分得到非线性横摇复原力的变化,同时顶浪中考虑了横倾时辐射力和绕射力对横摇复原力的贡献,随浪中考虑了大幅横倾时升力对横摇复原力的贡献。最后采用ONR内倾船型研究了顶浪和随浪中纵荡和稳性丧失对1/2倍遭遇频率参数横摇和1倍遭遇频率参数横摇的影响。研究结果表明,纵浪中除了大幅参数横摇发生的临界点之外,其余工况纵荡对1/2倍遭遇频率参数横摇影响很小,随浪中较高航速时纵荡和稳性丧失对1倍遭遇频率参数横摇影响比较显著。     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

骑浪/横甩薄弱性衡准和模型试验研究

目前国际海事组织(IMO)正在制定的第二代完整稳性衡准,其中就包括骑浪/横甩薄弱性衡准。文章首先介绍了最新骑浪/横甩薄弱性衡准方法,应用自编的衡准软件进行样船计算,分析了当前衡准的适用性。其次,开展了内倾船型在随浪和尾斜浪中的骑浪/横甩试验,试验中获得了四种与骑浪/横甩相关的运动特性:周期运动、稳定骑浪、横甩和横甩导致的倾覆,而且在某波浪条件下观察到船舶连续发生三次横甩的现象。最后,将内倾船型的骑浪/横甩薄弱性衡准计算结果与试验结果进行对比,验证了衡准方法对于内倾船型的适用性。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

极地科考船在规则波中的参数横摇数值模拟

以一艘极地科考船为研究对象,利用基于Rankine面元法的Wasim模块,分析其在不同波浪条件下参数横摇发生的规律。首先建立了适合Wasim模块计算的数值模型,基于考虑黏性的CFD模拟下的自由横摇运动引入了非线性阻尼,进而验证了在Wasim中进行横摇运动模拟的准确性;然后模拟了船舶谐摇的情况,将谐摇结果作为基本值对比后续的参数横摇结果;最后模拟了不同浪向角和波浪频率下的船舶参数横摇运动,分析了极地科考船发生参数横摇的规律。结果表明,Wasim模块能够较好地模拟船舶横摇运动;参数横摇发生在遭遇频率为固有频率1.95～2.1倍区间范围内;无航速下,在横浪附近的参数横摇较为严重,容易引起船舶倾覆;设计航速下,参数横摇更易发生在迎浪的波浪条件下。     

斜浪中参强激励横摇运动的数值模拟与解析分析

船舶在斜浪中航行时,参数激励与强迫激励将共同作用于横摇运动,可能引发大幅横摇,甚至船舶倾覆。考虑船舶瞬时湿表面的影响,以及垂荡、横摇和纵摇之间的相互耦合,提出了3自由度耦合运动数值模拟方法和1.5自由度横摇运动数值模拟方法。以C11船为例,采用该方法进行斜浪中参强激励横摇运动的数值模拟,并与试验结果进行对比,验证了数值方法的正确性。在数值模拟的基础上,使用多尺度法求出解析解,并求出了平凡解和周期解的稳定域。     

船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究

摘要：为进一步研究船舶在大幅度转向时艏摇和横摇的耦合机制,在非线性船舶运动数学模型的基础上,进行了不同情形下的操纵仿真试验。试验结果显示在大舵角转向时,船舶的艏摇和横摇运动存在较强的耦合作用,横摇幅度和艏摇幅度存在正相关性。指出大幅度的横摇使艏摇出现相位滞后和偏离基准航向的现象;在横摇过大的情况下,大幅度动舵和加速操纵将导致稳性迅速消失和航向打横。     

内倾船骑浪概率评估方法和安全边界研究

针对与横甩密切相关的骑浪运动,构建了规则波中纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度耦合运动数学模型,其中包含了波浪绕射、非线性水动力导数、静水中横倾产生的水动力和非线性横摇阻尼等因素。在螺旋桨推力和舵力模型中考虑了波浪粒子速度、螺旋桨和舵实时出入水以及双桨、双舵对首摇力矩的影响。基于规则波中骑浪数值预报,采用临界波法建立了不规则波中船舶骑浪概率评估方法。以一艘非常规双桨双舵内倾船为例,计算了内倾船在长期海况和短期海况中骑浪发生的概率,并开展安全边界研究,获得了船舶骑浪危险区域边界。建立的船舶骑浪概率评估方法可为骑浪/横甩直接稳性评估提供技术支撑。     

关于船舶参激横摇运动的试验研究

本文给出了参激横摇运动非线性方程的频域解析解,分析了解的若干特性。相据在规则横浪中的船模试验结果,研究了参激横摇运动的稳定性、时间经历和幅频响应,还讨论了横摇阻尼、初稳心高度和波浪等因素对参激横摇运动的影响。试验结果证实了理论研究的若干结论,并表明参数共振横摇幅值的量级,与主共振横摇值的量级相当,它对船舶稳性的影响不能忽视。     

基于CFD技术的OC5漂浮式风机横摇阻尼

漂浮式风机受风载影响,在浪流中阻尼特性不同于常规海工结构物。以OC5项目漂浮式风机基础为对象开展了其横摇阻尼特性研究,采用RANS法、SST k-ω湍流模型和重叠网格技术,模拟了平台在静水、海流和波浪条件下的横摇自由衰减运动,并计算分析了其线性和非线性阻尼系数大小。结果表明,采用该方法得到的结果与水池试验结果基本吻合,平台横摇角度小于10°时,平台的非线性阻尼较小,线性阻尼假设的理论解可以较准确地描述平台的横摇运动;通过浪流干扰过滤发现,海流和波浪会明显增大横摇阻尼,与静水相比,衰减系数增大约1.5倍。因此,做漂浮式风机基础耐波性设计时,浪流对横摇阻尼的影响不可忽略。     

基于渐进法的船舶横摇非线性阻尼系数识别

阻尼对于海浪中船舶的横摇运动响应预报至关重要。本文基于渐进法,利用自由横摇衰减数据,提出了一种适用于船舶大幅横摇运动的非线性阻尼系数识别方法。非线性阻尼选用线性加二阶模型,非线性回复力矩可以是任意形式的奇函数。通过数值方法模拟生成自由横摇衰减曲线,采用本文方法识别阻尼系数,验证方法的有效性。开展不同横摇角幅值下的参数研究,将不同船舶横摇方程的阻尼系数识别结果与其他方法的估算结果进行对比分析,验证了本文方法的高精度。最后,将本文方法应用于船舶自由横摇衰减实测数据,识别其非线性阻尼系数,数值模拟结果与试验数据一致性较好。研究表明该方法精度高,易操作,适用于大角度横摇和强非线性回复力矩条件下非线性阻尼系数的识别。     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动研究

考虑船舶横摇运动中恢复力矩及阻尼力矩的非线性,建立船舶在规则波浪中参数激励下的非线性横摇运动方程,并对规则纵浪中船舶参数激励横摇运动进行研究,探讨船舶发生参数激励横摇运动的条件及大幅横摇的动力学特征,分析船速、波高及波长等因素对参数激励横摇运动的影响。     

船舶在随浪中的运动与横甩预报

本文在水平的随船坐标系下,建立了船舶在波浪中的六自由度操纵运动方程。进行船舶在波浪中的回转运动和Z形操纵运动模型试验,验证数学模型的正确性。通过不同波浪和航速条件下船舶Z形操纵运动的模拟计算,预报船舶在随浪中的横甩,预报结果与试验结果比较一致。