三维船体横摇运动数值模拟及舭龙骨阻尼特性研究（英文）

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对F_r=0.138、初始横摇角10°带舭龙骨船体的自由横摇衰减数值模拟算例作了验证与确认分析,自由横摇衰减时历曲线与实验结果吻合较好,固有周期和横摇阻尼精度较高。进一步分析研究了不同几何尺寸、初始横摇角、航速以及频率等参数对舭龙骨阻尼的影响。自由横摇衰减模拟研究中舭龙骨阻尼随着舭龙骨宽度、初始横摇角度的增大而增大;当航速为0时,舭龙骨阻尼在总阻尼占比最大,航速对舭龙骨阻尼绝对值影响较小。强迫横摇模拟研究表明:当横摇角一定,舭龙骨阻尼随着频率的增大而非线性增大,在固有频率附近,粘性效应不可忽略。     

折角、呆木和舭龙骨对拖船横摇性能的影响

本文概述折角尖舭型和圆舭型两种类型拖船的横摇试验和理论计算,探讨了折角、呆木和舭龙骨对拖船横摇特性的影响。其结果表明: (1) 呆木和折角可增大横摇阻尼,减小横摇振幅;若设计合理,双折角尖舭型船仍为一种实用船型。 (2) 对于圆舭型船必须装上足够大的舭龙骨,使之达到较好的减摇效果。 (3) 理论计算值能令人满意地吻合试验结果。     

舭龙骨设计对船舶粘性横摇阻尼的影响

根据挪威船级社关于船舶横摇阻尼计算的规定,结合北大西洋波浪环境条件,借助Sesam水动力分析软件对某带有舭龙骨的穿梭油船建立舭龙骨模型,计算分析不同舭龙骨宽度、长度和安装角度下目标船的粘性横摇阻尼和横摇运动幅值。结果表明,舭龙骨宽度对船舶粘性横摇阻尼的影响较大,而舭龙骨长度和安装角度的影响较小。舭龙骨设计时,对舭龙骨的宽度参数应给予重点关注。     

迎浪中ONR内倾船参数横摇抑制措施研究

参数横摇的发生会危害舰船的航行安全性。该文以ONR内倾船作为研究对象,选用舭龙骨作为ONR内倾船参数横摇减摇及抑制设施,基于黏流CFD方法,计算了舭龙骨的安装角度和宽度对横摇阻尼的影响规律;为了提高减摇效果,设计了一种可收放式的新型舭龙骨减摇装置,利用三维势流分析方法,研究了该装置不同参数方案下的ONR内倾船规则迎浪下的横摇运动特性。仿真结果表明,舭龙骨减摇装置可以对ONR内倾船的参数横摇运动产生较好的抑制和减摇效果,特别是文中设计的收放式舭龙骨方案,对参数横摇的抑制效果非常明显。     

PIV技术在某驳船模型强迫横摇水动力测试中的应用

[目的]为研究船舶横摇过程中粘流场细节以提高横摇阻尼数值模拟精度,[方法]开展了粒子图像测速(PIV)技术在静水强迫横摇水动力测试中的应用研究。首先,采用自制的强迫横摇装置在水池中开展某驳船在不同摇幅和振荡周期下船舶横摇水动力与舭部流场的同步测试。观测舭部粘流场在船体振荡过程中的变化规律,研究横摇阻尼系数随摇幅和周期的变化规律。然后,将模型试验测试结果与计算流体动力学(CFD)软件模拟结果进行对比。[结果]结果表明,CFD预报船舶横摇整体阻尼系数精度较好,但预报的局部流场细节与模型试验测试结果间存在一定的差异,[结论]需在模型试验技术和CFD预报技术上开展进一步研究。     

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。     

基于极限流线数值结果的舭龙骨布置优化

舭龙骨被广泛用作各型海船的减摇装置,其安装位置对船舶阻力与减摇性能有一定影响。本文通过CFD技术获得船体极限流线,通过回归模型建立船舶横摇阻尼关于舭龙骨位置参数的目标函数,并以横摇阻尼最大为目标进行舭龙骨布置的优化。最后以实际船型为例进行了舭龙骨安装位置的确定。     

加装舭龙骨对千吨级深V船型静水阻力和横摇运动的影响北大核心CSCD

为改善深V船型在低速下的横摇,以千吨级深V船型为研究对象,研究在其舯部减摇鳍前、后位置加装舭龙骨对其静水阻力和横摇运动的影响。首先,通过数值模拟计算对深V船型无舭龙骨方案、加装舭龙骨的各个方案的耐波性进行比较,掌握舭龙骨距离折角线不同安装位置和不同舭龙骨宽度对深V船型横摇运动的影响。然后,根据数值计算结果考虑工程可实施性,以大舭龙骨宽度、等舭龙骨面积及不同安装角度设计这3个舭龙骨方案完成横摇衰减试验并优选出1个舭龙骨方案。最后,对该优选方案开展静水阻力试验和不规则波中的运动响应试验。试验结果表明,千吨级深V船型加装舭龙骨后,其静水阻力增加量不大于5%,减摇效果达30%以上。     

加装舭龙骨对千吨级深V船型静水阻力和横摇运动的影响

为改善深V船型在低速下的横摇,以千吨级深V船型为研究对象,研究在其舯部减摇鳍前、后位置加装舭龙骨对其静水阻力和横摇运动的影响。首先,通过数值模拟计算对深V船型无舭龙骨方案、加装舭龙骨的各个方案的耐波性进行比较,掌握舭龙骨距离折角线不同安装位置和不同舭龙骨宽度对深V船型横摇运动的影响。然后,根据数值计算结果考虑工程可实施性,以大舭龙骨宽度、等舭龙骨面积及不同安装角度设计这3个舭龙骨方案完成横摇衰减试验并优选出1个舭龙骨方案。最后,对该优选方案开展静水阻力试验和不规则波中的运动响应试验。试验结果表明,千吨级深V船型加装舭龙骨后,其静水阻力增加量不大于5%,减摇效果达30%以上。     

超大型集装箱船水动力时域分析

以一艘超大型集装箱船研究对象,对其进行水动力时域分析。在横摇阻尼计算中,考虑横摇角度和黏性的影响,进行波浪载荷长期预报迭代计算,得到各浪向下的最大横摇角;在此基础上,利用切片模型和舭龙骨参数计算得到横摇阻尼系数。采用三维时域全航速水动力理论预报集装箱船的运动响应和船体剖面载荷,分析船体运动和剖面载荷的航速效应。结果发现：除了垂荡航速效应不明显,可忽略,其余航速的影响均不可忽略;纵荡和垂向弯矩航速效应尤为明显。     

基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析

[目的]船舶横摇的准确预报对于船舶耐波性、稳性以及操纵性的研究具有十分重要的意义,但船舶横摇运动受流场粘性效应的影响很大,计算中存在较多非线性因素,因而并不适于常用于研究船舶运动的传统势流理论。为解决这一问题,[方法]采用基于OpenFOAM软件开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,分别通过欧拉方法和RANS方法对S60船模典型二维横剖面的强迫横摇进行数值模拟,同时,模拟分析DTMB 5512不同三维船模的自由与强迫横摇运动。[结果]在成功将横摇阻尼力矩的不同成分分别计算出来后发现,其中漩涡阻尼所占的比例最大,摩擦阻尼所占的比例最小,而舭龙骨在一定的横摇角度范围内则减小了横摇阻尼力矩。[结论]该结果揭示了横摇参数对船舶横摇运动及横摇阻尼力矩的影响,对准确预报船舶的横摇运动具有重要意义。     

基于PSO算法的船舶横摇阻尼与回复力矩系数估算

横摇阻尼和回复力矩的准确估算是预报船舶横摇运动的关键。论文针对横摇消灭曲线法估算横摇阻尼系数所存在的固有缺陷,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法,从试验得到的自由横摇衰减曲线来获取横摇阻尼和回复力矩系数的方法。该方法通过迭代调整横摇阻尼和回复力矩系数,使预报的自由横摇衰减运动时间历程与试验自由横摇衰减曲线之间的误差最小,从而实现对横摇阻尼和回复力矩系数的准确估算。     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。     

带舭龙骨柱体的横摇阻尼的粘性流计算

文章用RANSE求解器计算在自由面上带舭龙骨二维柱体的横摇水动力系数(附加惯量和阻尼).采用有限体积法(VOF)和两相流技术在时间域内求解柱体横摇强迫振荡所扰动的带自由面粘性流场.由柱体所受到的横摇水动力矩的时间历程导出横摇水动力系数.文中所给算例与已公开发表的试验结果吻合令人满意.     

深V型船零速横摇改善措施

针对千吨级深V型船在高海况下其零速横摇幅值较大的问题,在拖曳水池中开展静水阻力、横摇衰减模型试验。通过求解非线性横摇方程,预报规则波中的横摇响应,采用双参数谱预报实船在4,5级海况下的零速横摇幅值。同时,对比分析舭龙骨长度、宽度、安装位置以及连续性对阻力、横摇阻尼系数及横摇幅值的影响规律。研究结果表明:在巡航速度至最大航速范围内,可获得阻力增值不超过4.5%,正横浪零速横摇幅值减小25%以上的舭龙骨设计方案,可为千吨级深V型船在锚泊状态下减少横摇幅值提供技术支撑。     

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。     

基于横摇衰减数据的横摇阻尼估算方法对比研究

基于自由横摇衰减曲线估算船舶横摇阻尼是一种常用工程手段,由于衰减曲线估算阻尼的方法众多,导致阻尼估算结果存在差异。为实现获取高精度阻尼预报方法的目的,本文首先对近年来出现的基于衰减曲线估算横摇阻尼的方法原理进行详细分析,扩展其适用范围,按照原理将方法分为基于分段线性假设与基于参数识别两类。其次利用标准模型（DTC）的横摇数据,验证并比较不同方法的特点,分析阻尼系数估算的误差来源。结果表明,横摇阻尼估算精度与使用的方法强相关,推荐物理意义明确、误差来源少、对测量噪声与误差不敏感的Froude能量法作为初步阻尼评估方法,若能找到足够精确的阻尼模型,则可进一步使用具有内在的噪声抑制机制、不需要预估阻尼系数初值、存在唯一解的Prony-SS方法以提高识别精度。     

船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数.文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格.计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda's经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼.     

船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究（英文）

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数。文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格。计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda’s经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼。