船舶甲板上浪横摇的时域模拟

本文应用数值模拟方法,计算了一艘中型船舶在规则波及随机波中,考虑甲板上浪和不计上浪两种情况下的横摇运动。为了考察初稳心高度在计及和不计甲板上浪两种情况下的影响,考虑了三种不同的初稳心高。计算结果表明,对于横摇运动,计及上浪和不计上浪,在高波浪情况下会有较大差异,特别对具有小初稳性船的情况,甲板上浪会导致倾覆。这说明对小型船舶,甲板上浪这一因素,在船舶的安全性中是必须考虑的。     

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

甲板上浪时船舶在横浪中的随机跳跃

基于概率理论和非线性动力学方法研究随机横浪中甲板上浪船舶的随机跳跃.应用随机Melnikov均方准则初步划分了船舶发生随机跳跃的参数区域后,由路径积分法求解横摇运动微分方程,得到船舶横摇响应的联合概率密度函数.通过概率密度函数的形状和庞加莱截面判定船舶横摇运动的随机跳跃,并由时间历程进一步验证了结论的可靠性.研究表明,有甲板上浪时船舶横摇响应的联合概率密度函数有两个峰,船舶运动过程有两个可能的横摇状态.在非混沌参数区域中,这两个峰不相通,船舶运动只实现其中的一个状态而不发生跳跃.在混沌参数域中,当波浪激励达到一定强度时,这两个峰相通,船舶运动在这两个状态间随机跳跃,这将引发船舶的不稳定运动甚至导致倾覆.     

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响.综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程.以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率.以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力.研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理.     

随机斜浪中船舶参数-强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法.将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励,波浪力为随机强迫激励项,建立船舶在随机斜浪航行情况的参-强激励横摇运动微分方程.参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.分别取不同波高、航速、航向,计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明,此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参-强激励横摇运动,据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

随机斜浪中船舶参数——强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法。将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，波浪力为随机强迫激励项，建立船舶在随机斜浪航行情况的参—强激励横摇运动微分方程。参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响。分别取不同波高、航速、航向，计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应。计算结果表明，此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参—强激励横摇运动，据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。     

初稳性高时变特性对横摇运动的影响分析

文章研究纵浪中船舶初稳性高的时变特性对横摇运动的影响.假设升沉和纵摇是准静力平衡,建立纵浪中船舶横摇参数激励运动方程,提出了稳性高波动项的计算方法.以一艘渔政船为例,考虑不同航速,计算非规则波中参数激励横摇运动.计算结果表明在纵浪上,当船遭遇到一系列高波,特征波长接近船长,且参数激励频率集中在2倍横摇固有频率时,船舶会发生参数激励横摇.     

关于舵在尾斜浪和横浪中横摇衰减效果的理论研究

由于操舵时不仅产生摇首力矩,同时也产生横摇力矩,故利用这一效果来减低横摇就成为一个合乎逻辑的设想。 借助于自动操舵仪和附加的横摇反馈控制,有可能在外界扰动和舵对横摇的扰动力矩之间建立起适当的相位关系。本文将基于势流理论和切片方法的船舶在波浪中运动的理论计算方法加以扩展,来估价受控舵作为一种横摇衰减装置的可行性和有效性。 文中给出了一些理论考虑和装备减摇舵的一艘特定船舶在尾斜浪和横浪中运动的数值计算结果及分析。 分析表明,附加的横摇角速度反馈控制下的舵能在几乎所有感兴趣的波长范围内减低横摇,特别是在横浪中及船舶横摇固有频率附近最为有效。至少减摇舵能减低自动操舵仪所激起的横摇运动。受控舵作为一种减摇装置是可行和有效的。与减摇鳍和减摇水舱相比,减摇舵是个经济的选择。 若用本文中提出的方法,对欲装备减摇舵的指定船舶进行系统的计算,则能对减摇舵的性能作出综合评价,并为该船的减摇舵控制系统参数设计提供量的指导。     

利用台架试验结果计算装有减摇水舱的船舶的横摇响应

本文介绍一种方法,即用被动式水舱台架试验结果来计算被减摇的船舶对横浪的横摇响应。文中指出,装有U形管减摇装置的船舶横摇运动方程,只要稍作修改,就可以合理的精度描述裝有任何类型减摇水舱的船舶的特性。上述方程包含水舱的三个未知数,根据台架试验结果可予以决定。对大多数水舱来说,可以在设计阶段用这种方法足够简单而精确地预测被减摇的船舶运动。     

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。     

船舶在横浪中的横摇运动及其稳定性研究

以规则横波下的船舶稳定性为研究对象,对船舶在横浪中的横摇运动及其稳定性进行深入研究。本文首先描述船舶横摇运动的非线性方程的建立方法,然后对横浪中船舶的横摇运动稳定性进行分析。分别介绍基于Lyapunov指数法的船舶混沌状态识别方法和基于Melnikov数值积分法的船舶全局稳定性分析方法。仿真实验结果表明,本文介绍的方法能够更好地了解不同激励下船舶的运动状态,稳定性判断方法具有很高的正确性。     

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织（IMO）正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。     

探讨参数横摇对集装箱船坠箱事故的影响

当船舶在纵浪中以一定速度航行,使遭遇波浪的频率约两倍于横摇频率时,船舶稳性发生变化,即导致参数横摇现象。迎浪或随浪条件下的参数横摇谐振会大大加剧船舶的横摇运动,在几次摇摆周期中,横倾角可以毫无预期地从几度发展到三十度以上。这种剧烈的运动会对舱面集装箱及系固系统造成过多的压力,进而导致舱面集装箱坠箱事故的发生。本文从现象出发,分析了参数横摇对舱面集装箱系固稳定性的影响,提出了船舶遭遇参数横摇的应对方法。     

初稳性高时变特性对横摇运动的影响

研究纵浪中船舶初稳性高时变特性对横摇运动的影响。假设升沉和纵摇是准静力平衡,建立纵浪中船舶横摇参数激励运动方程,提出了稳性高波动项与瞬时波浪高度及波面升高加速度之间的函数关系式,提供了稳性高波动项的计算方法。以一艘渔政船为例,在不同航速下,分别计算规则波和非规则波中船舶参数激励横摇运动。得到稳性高波动项的时间历程及功率谱,并模拟由初稳性高随机波动引起的参数激励横摇。结果表明：在船遭遇一系列高波情况下,当特征波长接近船长,且参数激励频率集中在二倍横摇固有频率时,船舶发生参数激励大幅横摇。     

具有外源输入的船舶横摇运动NARX神经网络预测

为了提高船舶在风浪中航行的安全性,需要精确地预测船舶在风浪中的横摇运动,以提高船舶横摇控制效果,本文通过应用一种带外源输入的非线性自回归（NARX）神经网络预测方法预测船舶横摇运动。该方法考虑了实船操纵性试验数据受风、浪、流等外界因素的的影响,将实测的风向、风速、流速、流向、浪向以及浪高的数据作为外源输入,能够有效提高船舶横摇运动的预测精度。基于“育鲲”轮,利用该方法对实际船舶海上横摇运动进行了实时预测实验,并将其实验结果与SAPSO-BP神经网络模型的预测结果进行对比。从对比结果可以看出,本文所提方法对复杂海浪环境具有良好的适应性,NARX模型的预测精度优于普通反向传播（BP）神经网络和自适应粒子群算法优化的普通反向传播（SAPSO-BP）神经网络.     

基于函数响应法的船舶迎浪参数数值预报及减摇研究

船舶作为水上交通工具,常常需要在风浪下航行,虽然横摇并不会受到波浪力的干扰,但在波浪与船体相对位置出现变化时,水线面积会随之发生波动,由此引起了稳定性的变化。在这一前提下,即便初始的横向扰动比较小,也可能引起较大幅度的横摇运动。当参数横摇现象出现后,会对船舶的航行稳定性造成不利影响,及时有效预报迎浪参数,能够为船舶减摇提供依据。在船舶迎浪参数预报及减摇研究中,可以应用函数响应法,依托该方法对相关参数进行计算,确保结果准确、可靠。     

随浪中船舶参数共振倾覆的临界状态

本文对随浪中船舶的横摇运动及参数共振引起的船舶倾覆现象进行了研究，建立了等效线性化横摇运动微分方程，运用拉普拉斯变换法求解并分析其稳定性，进行对船舶在随浪中倾覆的临界状态进行了探讨，最后给出了一条船的计算实例。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报（英文）

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

试验养殖工船与液舱晃荡耦合运动时频响应

为分析液舱晃荡和航速对养殖工船运动的影响,采用三维势流理论对一艘试验养殖工船的横摇、纵摇和垂荡进行频域数值计算,并通过Malenica提出的方法考虑液舱晃荡黏性的影响。应用脉冲响应函数法计算系泊工况下的时域耦合运动响应。结果表明,液舱晃荡对横摇运动影响较为显著,横摇固有频率发生偏移;对纵摇谐振幅值影响有限;对垂荡运动几无影响。随着航速的提高,横浪中航行的船舶横摇运动响应没有发生变化,而迎浪中航行的船舶纵摇谐振频率范围内的响应幅值则逐渐增加。试验养殖工船的横摇响应较大,计算结果与实船测量结果比较吻合。