船舶在波浪中的横摇运动及其稳性

本文在静水稳性概念基础上,根据船舶在波浪中的运动和横摇运动方程的分析,用多尺度法求解横摇运动响应,确定横摇响应的稳定性条件,探讨了规则波对 GZ 曲线、初稳性和最大横摇角等稳性要素的影响,并提出了衡量船舶在波浪中稳性的几点建议,最后给出一个实船算例。     

波浪对船舶非线性横摇阻尼的影响

横摇非线性阻尼通常是在静水中进行横摇衰减试验确定。本文通过在波浪水池中进行不规则波的船模横摇衰减试验，研究了波浪对非线性横摇阻尼的影响。研究发现波浪的存在使横摇阻尼线性部分减少，非线性部分增加；采用随机减量法得到非线性横摇阻尼时，门槛值不同所得到的阻尼也不相同，一般说来，门槛值越大，阻尼非线性成分增加，而线性成分减少。     

船舶在波浪中非线性横摇运动建模及稳定性研究

文章对船舶在波浪中非线性横摇运动模型进行分析,论述船舶在波浪中的横摇运动稳定性。对规则波浪下的船舶横摇运动稳定性进行了分析对比,从数学的角度对模型的可靠性和稳定性进行了仿真,实验数据表明在随机波浪的干扰下,船舶的横摇运动模型具有很强的抗干扰性能,能够胜任复杂的海洋环境,期望通过本文的研究能够提升船舶的工业设计水平。     

三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析

通过对三体船模的回转试验,测得不同转速和舵角下的回转直径,并得到回转过程中一系列横摇角变化曲线.在此基础上,建立船舶操纵和横摇运动模式系统辨识的数学模型,从系统辨识原理出发,确定目标函数.编写了一套基于Visual Basic 6.0的遗传算法系统辨识程序,该程序可通过限定约束条件对水面三体船模操纵和横摇的试验数据进行辨识.最后对结果进行分析,验证该方法的可行性.     

规则波浪中舰船不规则摇荡运动计算分析

采用舰船波浪中操纵性基本方法建立操纵与摇荡耦合动力学方程,简化后得到摇荡耦合动力学方程.针对文献资料进行了舰船规则斜浪中航向保持运动模拟,结果显示,规则波浪中操纵与摇荡耦合运动响应出现不规则摇荡运动现象,而摇荡耦合运动响应则不出现不规则摇荡运动现象.通过对遭遇频率的频谱分析,得到规则波浪中操纵与摇荡耦合运动的不规则响应...     

方形波浪中船舶参数横摇数值模拟方法研究

以一艘集装箱船为研究对象,在国内首次开展方形波浪下船舶参数横摇模型试验,并对方形波浪下船舶参数横摇数值模拟方法进行了研究.首先对基于粘流和势流的数学模型分别进行了介绍,并介绍了方形波浪中的模型试验方法.比较和分析了数值预报方法和模型试验的横摇数据.研究结果表明:当船舶的横摇固有周期接近波浪遭遇周期的两倍时,该集装箱船在...     

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。     

船舶在波浪中操纵运动仿真

本文研究了双浆双舵船在规则波中的回转运动，首先进行了约束模型试验，得到了操纵运动数学模型中的水动力系数，然后，进行了静水操纵运动数值仿真，并与自航模型试验结果进行了比较。最后，预报船舶在规则波中的回转运动，对一些影响回转运动的因素进行了讨论。     

舰船操纵运动时高频波浪力的算例

  目的  切片理论方法在舰船耐波性设计中有着广泛的工程应用,该方法是针对切片平均位置来计算水动力,本质上缺少船体垂荡、纵摇与横摇的运动耦合性。为有效耦合船体垂荡、纵摇与横摇的运动,  方法  基于广义纵倾角和广义吃水增量的参数,以及船体坐标系下瞬时波面方程的解析表达式,以满足波面处压力为零的条件修正波面下压力分布的计算公式（史密斯效应）;基于波面方程和压力分布修正公式,给出瞬时波面下船体切片的静水力与傅汝德-克雷洛夫波浪扰动力之和的计算方法,惯性水动力和阻尼力则采用经验公式估算。建立船体垂荡、纵摇与横摇耦合的时变系数动力学方程,采用AutoCAD图形面域技术开发计算软件,数值计算规则波浪中舰船的耦合摇荡运动。  结果  数值计算结果表明,大波高时横摇幅频曲线呈现出较为显著的因摇荡耦合导致的非线性效应,同时在横摇共振区内有明显的波浪传播方向的横摇偏摇现象。  结论  所得计算方法对于舰船高海况下的耐波性预报将产生积极的作用,计算软件可以作为耐波性设计选型的评估手段。     

船舶操纵运动CFD数值模拟研究进展

  目的  为了更加真实地预报船舶操纵性能,有必要进行实船操纵运动直接模拟。  方法  首先,基于重叠网格技术进行实船拖航、配套螺旋桨敞水和实船自航计算,并将计算结果与试验结果进行对比;然后,在此基础上开展实尺度船舶的10/10标准Z形操纵运动模拟,分析船舶操纵运动过程中的船舶运动、水动力、流场及涡结构变化。  结果  自航结果表明,所提数值方法可靠;受螺旋桨尺度效应的影响,扭矩系数会有所减小;在操舵过程中,船舶运动姿态较为剧烈;受到船−舵系统干扰,桨后涡结构较为复杂,且随着漂角的变化会产生一定角度的偏移。  结论  采用所提数值方法进行实船操纵运动模拟,可以准确获得船舶运动、水动力特性及流场信息,能作为一种有效的前期评估手段,从而为船舶设计提供参考。     

A study on flow field around full ship forms in maneuvering motion

To estimate the maneuvering ability of a ship, an accurate estimation of the hydrodynamic forces and moment acting on the ship's hull is indispensable. For the purpose of developing a numerical method of computing the viscous flow field around a hull and evaluating its validity, the hydrodynamic pressure on the hull and the velocity field were measured. Two full ship models with different hull forms in the aft part were used for the experiment. From the results of pressure measurements, the distribution of hydrodynamic lateral forces was obtained. The simulation method is a numerical solution of the Navier-Stokes equation based on a finitevolume method and applied to the maneuvering motion. The measured and computed results agree qualitatively well, and the method is a valuable tool for estimating the maneuvering ability of a ship. The typical characteristics of the flow field in the steady turning condition are revealed by the numerical simulation, and the mechanism of the relations between hull form, flow field, and hydrodynamic forces are clarified.Translation and combination of articles that appeared in the Journal of the Society of Naval Architects of Japan, vols. 176, 177, 179 (1994–1996): The original article won the SNAJ prize, which is awarded annually to the best papers selected from the SNAJ Journal, JMST, or other quality journals in the field of naval architecture and ocean engineering.This work was conducted as part of the joint SR221 project supported by JSRA (Shipbuilding Research Association of Japan). The authors express their sincere gratitude to the persons concerned, and especially to M. Kanai, S. Eguchi, S. Usami, K. Tatsumi, and T. Kawamura.     

船舶大幅横摇运动

本文讨论了六个自由度船舶非线性运动方程.在船舶作大幅横摇运动假定下,采用压力积分方法,利用Taylor展开,导出其他自由度运动对横摇的非线性耦合运动方程.得到其他自由度运动对横摇的非线性耦合系数表达式,以及入射波和绕射波对横摇扶正力矩的非线性影响.结果表明,纵向运动对横摇的非线性静力耦合作用不存在,它们之间的耦合主要是由波浪引起的.     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

迎浪船舶的参数横摇分析

  目的  参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。  方法  首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。  结果  研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。  结论  明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

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。     

Large-amplitude motion responses of a Ro–Ro ship to regular oblique waves in intact and damaged conditions

This article presents a nonlinear time-domain simulation method for the prediction of large-amplitude motions of a Ro–Ro ship in regular oblique waves in an intact and a damaged condition. Numerical computations and model tests have been carried out to investigate the dynamic motion responses of Ro–Ro ship Dextra to various wave amplitudes at three different wave headings. The results of numerical and experimental investigations for stern quartering waves are reviewed. Comparisons between predictions and measurements show good agreement except in the roll-resonant region. Nonlinear effects are significant in horizontal modes of motion, and resonant roll motion, and there is strong coupling between all modes of motion in the roll-resonant region for large-amplitude responses. On the other hand, the time-domain simulation technique suffers from numerical drift in horizontal modes of motion as wave amplitude increases. This is due to nonlinear equations of motion and the lack of a restoring force and moment in horizontal motion. Received: April 30, 2002 / Accepted: August 9, 2002 Acknowledgments. II Programme of the European Community Commission under contract No. BRPR-CT97-0513. Address correspondence to: H.S. Chan (hoi-sang.chan@ncl.ac.uk)     

船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测研究

建立船舶操纵运动数学模型,计算确定相邻的岸线线段和船舶轮廓线线段之间的凹凸关系,提出船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测算法,并对检测到的碰岸情况进行时间步长调整。编制了计算程序,对于船舶轮廓线端点位于岸线内侧和岸线端点位于船舶内部两种船舶碰岸情况进行了碰岸检测仿真试验,试验结果良好,很好地避免了在船舶操纵运动仿真中出现船舶冲上码头或者岸滩的现象。     

船舶横摇运动预测误差研究

通过对船舶横摇运动的预测误差与输入过去样本长度之间的关系进行研究,提出船舶横摇运动预测误差的经验公式,该公式可用于确定指定预测误差下的最小过去样本长度.采用小波-自回归算法模型进行横摇预测,统计分析预测均方根误差值与输入过去样本长度之间的关系,结果表明,预测过去样本长度与预测均方根误差之间遵循幂函数关系.