拖航系统在风浪中操纵运动的模拟计算

本文建立了风浪中拖航系统（包括拖船－拖缆－被拖船）的操纵性运动的数学模型,并以1940kw拖船与8820t甲板驳以及15760t半潜驳为例,分析了航速、缆长、航重量、纵倾和环境条件对拖航系统的运动与拖缆力的影响。     

破损船舶的拖航研究

由于无有效的拖航方法，如“开拓者”号那样的原油泄漏事故在过去屡有发生。在“Braer”号油轮的原油泄漏事故中，由于主机发生问题导致拖航失败，致使该船漂浮到苏格兰海岸，造成95000千升原油泄漏。日本需输入大量原油和液化气，也需运输和输出国内生产的化学品，海域是原油运输的主要航道，因此，日本和外国油船的来往非常频繁。而且，日本四周海域的波浪，特别在冬天是十分大的，这可能会导致油船老化破损或使主机发生故障。这些遇难船舶的某些部分将会引发原油泄漏、碰撞、污染或火灾等事故。为了建立估算拖力的方法和确定拖航方法，本文在拖航试验中采用几何形状相似的船模研究了损伤船舶和破损船舶的拖缆张力及其不稳定运动。拖航试验是在静水和波浪两种情况下进行的。在静水状态下比较了不同拖航方向、拖速、船舶破损状态和拖点等工况的拖航阻力系数。文中还将破损船舶在规则波中与横荡、艏摇幅值以及艏摇周期有关的不稳定运动与静水中的船舶运动进行了比较。经研究发现，在波浪中拖航速度低于6kn时破损船舶的不稳定运动与静水状态相比是较小的。艏摇周期近似等于波浪周期，与拖航过程中的船舶破损状态无关。拖航阻力与拖速的三次方成正比，而不是与拖速的二次方成正比，尤其当拖航舱内进入大量水的破损船舶时更是如此。     

拖航系统操纵运动仿真

采用MMG分离式船舶运动数学模型以及拖缆的悬链线模型,构建了由拖船——拖缆——被拖船组成的拖航系统操纵运动模型。通过数值计算,对该系统进行了操纵运动模拟仿真。主要的仿真项目包括拖航系统改变航向和受到小扰动时的运动。在此基础上研究了影响拖航系统航行性能的诸多因素,这些因素主要有:拖缆的长度、拖航速度、被拖船的拖航点位置。针对浅水效应给予拖航系统的影响以及通过改变PD控制参数改善拖航系统航向稳定性进行的初步探讨,得到了一系列有益的结论。     

破损船舶的拖航研究

由于没有有效的拖航方法，如“开拓者”号那样的油泄漏事故，在过去也屡有发生。在油轮Braer的原油泄漏事故中，由于主机问题导致拖航失败，该船漂浮到了苏格兰海岸，造成了95 000 000L原油的泄漏。日本需输入大量原油、液化气和输出国内生产的化学品。海域是原油运输的航道，因此日本和外国油船的来往频繁。由于在日本四周的波浪较大，特别在冬天很大，这可能引起船的老化或发生主机故障，一部分遇难船也会引起油泄漏、碰撞、污染及大火。为了建立拖力估算法和拖航方法，使用几何相似船模在拖航试验中研究了损伤船和破损船的拖缆张力，以及拖航的不稳定运动。在静水和波浪两种情况下进行拖航试验。在静水中计算了不同的工况，如拖航方向、拖速、船状态和拖点等拖航阻力系数。还把规则波中与横荡和首摇幅值及首摇周期有关的不稳定运动与静水中运动进行比较。可知在波浪中的不稳定运动与拖速小于6km(实船)的静水情况相比较是小的。首摇周期近似于波浪周期，与拖航过程的船状态无关。拖航阻力正比于拖速的三次方，而不是二次方，特别当拖航计入破损舱内的水质量的破损船时更是如此。     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

拖航中拖缆的长度与垂度的确定方法

拖缆安全是拖航安全的重要组成。为保障海上拖航的拖缆安全,根据水深和海况条件,通过分析拖航阻力与拖缆的长度、垂度的关系,提出选择拖缆的长度与垂度的确定方法,使拖缆更具弹性且不拖海底,采取措施尽可能避免拖航中拖缆损伤或拉断拖缆,以达到拖航安全的目的。     

不规则波中拖航系统的模型试验

以１：３０尺度比对由２６００马力拖船、重任７０２驳船及拖缆组成的拖航系统在不规则波中完成了模型试验，探讨了缆长、浪向、航速等对拖航系统的运动性能与拖缆力的影响。     

不均匀流中船舶操纵运动仿真模型及应用

本文给出不均匀流中船舶操纵运动数学模型，研究了在不均匀流中作用于船体上流体动力的估算及不均匀流场的生成，提出了不均匀流中船舶操纵运动的仿真方法。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用。     

带缆遥控潜水器空间运动仿真

本文建立了带缆遥控潜水器（ＴＲＯＶ）的空间非线性数学模型，耦合求解了在脐带非线性缆力作用下的潜器运动方程，改变了传统的准静态附加缆力计算方法。动态缆力的模拟结果与实验吻合良好。还进行了多种典型运动的模拟计算，讨论了作业宽度、系缆点位置和水面激励等因素对系统的性能的影响。     

东海涌浪环境下大型起重船吊装组块耦合运动响应数值模拟研究

我国东海海洋环境复杂,经常出现小波高、长周期的涌浪.长周期涌对系泊大型起重船吊装海洋平台上部组块影响比较大,尽管涌的波高较小,但是,吊物组块运动幅度明显比同等波高海况时的要大,严重影响了海洋平台的安装施工效率和进度,甚至威胁作业安全.本文采用水动力势流软件,建立系泊-大型起重船(包括吊臂)-索具-大型组块吊物的耦合运动模型,研究复杂涌浪环境下耦合系统运动响应特性及其机理,并开展了参数敏感性分析,讨论对耦合响应影响因素.最后,对东海涌浪情况下起重安装施工,提出了降低吊装组块运动响应的建议措施.     

水面舰船迎浪航行时大幅运动预报的切片算法

将预报船舶运动和波浪载荷的切片理论加以扩展，应用于有限深水中船舶迎浪航行时大幅纵向运动和波浪载荷的时域求解。预报结果体现出考虑了湿表面及化后引起的船舶运动和受力的非线性性质。本计算方法简便、实用，适用于船舶纵向大幅运动预报。     

船舶横浪倾覆试验及其数值模拟

本文介绍船模倾覆试验的结果及其数值模拟。试验表明，在横浪情况下船舶因装载造成的横倾角，会大大增加倾覆的危险性。对这一结论进行的数值模拟与实测结果符合良好。     

双体船的静水阻力估算

根据Fr＜0．38的9条具有对称片体的双体船的阻力试验资料，探讨了船型对剩余阻力系数CR的影响，应用归纳方法得到CR的峰、谷值及时应的傅汝德数的表达式．所有估算表达式均以参数：相对片体间距k／b、宽度吃水比b／T、棱形系数CP和排水体积长度系数CV的函数形式表示．按本文提出的双体船阻力估算方法所得结果与模型试验的吻合比较满意．     

消波水翼和压浪板对高速圆舭艇航态与阻力的影响

应用大展弦比滑行面理论和近水面短翼理论建立了安装在高速圆舭艇上的消波水翼、压浪板升力计算方法,据此研究了消泼水翼、压浪板引起的艇航态变化及其对阻力的影响。理论计算结果与模型试验结果的比较验证了所提计算方法的实用性。     

用ALE法数值模拟MPC排气系统的三维流动

用任意拉格朗日──欧拉（ＡＬＥ）法模拟ＭＰＣ模件三分支联接的流动,解决了三分支联接区域的三维贴体网格生成问题。利用激光多普勒测速仪测量了矩形截面三分支联接实验件的三维速度场,验证了所编程序的可靠性。以某型发动机的ＭＰＣ排气系统为例,数值模拟了ＭＰＣ模件三分支联接的三维定常湍流流场,从获得的流动特性分析了引起排气能量传递损失的主要因素。     

内破裂的数值模拟与分析

应用气—波两相流理论，引入计算流体动力学方法中的SIMPLE（Semi—ImplictMethodforPressure－LinkedEquations）方程，并在此基础上进行改进，对压力筒内的内破裂现象进行了系统的研究。本文发展了一套不依赖于试验结果的预报方法，较之以前的理论研究结果有了长足的进展，所采用的模型与假设能用于多种内破裂状况的模拟与预报。本文对一典型的内破状态进行了数值模拟，结合物理现象对模拟结果进行了分析，并与试验作比较。分析结果以一组计算机所绘图形表示，输出结果可作为压力筒结构动力分析的基础，所研制的程序也可作为内破裂问题流—固耦合研究的一大模块。     

弹性船体波激响应时域过程的数值模拟

本文从入射波的波浪现实出发，用非线性水弹性积分─微分法进行船体运动和结构动响应的时间历程模拟，直接将试验测量结果与理论计算在时域内作比较，这有利于揭示砰击和上浪等非线性瞬态作用导致冲荡响应的力学机理。这种模拟及其验证方法避免了对理论和试验结果的统计特性进行比较时，因子样长度的限制和数据处理过程所带来的不确定性，比峰值比较更能说明波激响应数学模型的精确性和可靠性。