基于测波雷达现实方向谱的三维波浪数值模拟研究

X波段测波雷达是一种新型的基于图像分析的海浪观测仪器,其可给出实时可靠的波浪观测信息。依据测波雷达给出的真实波浪相对方向谱数据,利用谱相似条件,经解算得到真实海浪的绝对谱密度值,对三维波浪进行数值模拟。利用浪高仪阵列监测波面,并利用BMD法对波面时历进行谱分析。比对结果表明,与传统基于统计谱的数值波浪模拟相比,文中数值波浪模拟结果更接近于真实海浪,结果良好。     

响水海域双峰谱型海浪的统计分析

对收集到的响水海域实测双峰谱型海浪资料进行谱分析和统计分析,探讨了双峰谱型海浪的波高分布、周期分布以及波高与周期的联合分布,认为用单峰谱型海浪的研究成果来描述双峰谱型海浪已不再适宜,并根据响水海域实测波浪资料,提出了双峰谱型海浪的波高、周期的经验分布式。通过对双峰谱型海浪资料进行谱分析,计算了若干与谱宽有关的波谱参量,并与合田良实的实测结果进行对比。最后还对双峰谱型海浪的谱特征值与跨零特征值进行了比较,认为对于双峰谱型海浪,由谱法计算的有效波高与由跨零法计算的有效波高相差不大;而对于平均周期,谱法要略小于跨零法。     

基于雷达测波现实方向谱的船舶三自由度摇荡研究

X波段测波雷达是一种船载海浪场测量仪器。基于其提供的方向谱数据,利用CFD技术,构建三维数值波浪水池,模拟了船舶垂荡、横摇、纵摇三自由度运动。数值模拟过程中,采用网格整体移动法,避免了大幅运动下解的发散。利用姿态测量仪器对目标船海上实际运动情况进行记录。数值模拟结果同海上实测数据进行谱分析比较,二者吻合良好。     

基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真

海浪虚拟仿真技术是海上虚拟作战平台模型库构建的重要组成,直接影响到平台运行的逼真性和可行性。论文首先以重力波为例,分析了对规则海浪模型的仿真方法,然后采用线性波浪叠加法和海浪谱理论,探讨了不规则海浪模拟及其三维生成算法,通过建立海面规则网格,调用O penG L函数库,实现了对真实海浪进行模拟,为建立海上虚拟作战平台海浪模型提供了一种技术方案。     

水下航行体在非规则波中出水运动数值仿真研究

海面波浪是影响水下航行体出水姿态变化的一个重要因素。目前对此问题的研究多局限于规则波浪,但是真实的海浪环境一般很少是规则波,而是以非规则波浪为主的。为更好地对此问题进行研究,首先以ITTC海浪谱为目标谱,运用CFD数值方法构建长峰非规则波数值波浪水池,并采用谱分析方法对波浪数值水池精度进行了计算,效果良好;在此基础上对水下航行体在非规则波浪条件下的出水运动进行了数值计算,得出了长峰非规则波对航行体出水姿态的影响,为水下航行体出水姿态的预报提供了理论参考。     

印尼ADIPALA海域较长周期波浪谱分析

波浪谱是进行海岸工程设计的重要基础,不同海区、不同周期的波浪谱特性不同,因此有必要对于实际海上观测波浪的谱特性进行分析研究。针对在印尼海岸观测的较长周期波浪数据进行了波浪谱分析,给出谱特征参数与海浪统计特征值之间的关系。并基于JONSWAP谱型,对实测波浪谱进行拟合,得出适用于该海域的波浪谱公式,研究成果可为实际工程设计提供重要的参考。     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

南海岛礁泻湖区域波浪双峰谱的特征研究（英文）

当波浪从深水区传播到岛礁的浅水区域时，由于珊瑚礁复杂的地形地貌，其波浪谱特征与深海中的波浪谱特征会有较大差异。根据南海西沙环礁泻湖内原位测点的波浪谱实测数据，双峰谱发生概率较大。本文首先分析了夏季台风浪和冬季东北季风浪两种典型海况下平衡范围内双峰谱的斜率，发现其斜率值与深海区有较大差异，进而得到低频峰值频率和高频峰值频率的特征值分布范围。然后基于以上分析，采用基于Ochi-Hubble谱型重构泻湖内的双峰波浪谱，得到混合波浪中风浪分量和涌浪分量的参数表达式，较好地描述了岛礁海域双峰波浪谱的特征。本文的研究成果可为近岛礁工程和海洋工程的结构物设计制造提供参考。     

基于能量分布重叠率的海浪谱评估方法研究

海浪谱评估是非规则波的水池造波,波浪及舰船耐波性数值模拟研究中的重要一环,是其效果评价的依据。文中阐述了目前常用的几种海浪谱评估方法的优势与不足,并提出一种基于能量分布重叠率的海浪谱评估新方法。具体为:针对频谱计算其面积重叠率,针对方向谱计算其体积重叠率。试验表明,该方法过程简单、计算快捷、效果较好,是一种简单实用的海浪谱评估方法。在此基础上又针对实际评估更侧重谱形的情况,提出了一种略为复杂而精度更高的使用一阶矩的改进算法。     

由船舶响应反推当前海浪频谱的探索研究

借助白噪声谱在数学处理上的独特优势,利用计算流体力学方法(CFD),生成了高精度的白噪声长峰不规则波,实现了船模在该海浪环境下顶浪航行时的纵摇及垂荡耦合运动的数值模拟,从而计算船模纵摇和垂向加速度的响应幅值算子(RAO),达到了由海上实测摇荡时历反推较高精度海浪频谱的目标,并将反推结果与海上实测海浪数据进行了对比,效果良好,从而为在航船舶提供了一种获取当前海浪信息的新方法。     

Variation of whitecap coverage with wave-field conditions

Field observations were carried out at a sea observation tower to investigate how whitecap coverage on the ocean surface responds to wave-field conditions. Images of whitecaps were taken for every 4 h or 7 h in the daytime using a 3CCD digital video camera fixed at 14 m elevation, and they were stored automatically in a hard disk video recorder at a time interval of 1 s. The determination of whitecap coverage was made by means of a digital image processing. The 1/3 power of whitecap coverage increases linearly with increasing the 10-m neutral wind speed. On the basis of the deflection angle between the propagating directions of wind waves and swell, wave-field conditions are classified into four cases. The present results show that whitecaps are produced most actively under the condition of the pure windsea and they tend to be suppressed by the presence of swell. It is difficult to find a certain relation between the deflection angle and whitecap coverage. Whitecap coverage also increases with the wave age in the same wind-speed conditions.     

栾家口和蓬莱东港区波浪特性与掩护水域波况研究

根据龙口、蓬莱海洋站实测波浪资料,分析烟台港栾家口港区和蓬莱东港区的波浪特性,结果显示该海区属于以风浪为主、涌浪为辅的混合浪。利用TK-2D的PEM波浪数学模型模拟工程前波浪,得到工程区设计波要素,栾家口港区的强浪向是偏WNW向,蓬莱东港区的强浪向是偏NE向。利用MIKE21的BW方程波浪数学模型对平面布置方案下港内的波况进行模拟。在掩护水域由于采用直立式码头,波浪发生多次反射,码头前波高较大,为减小港内波高,对方案进行优化,采用高桩等反射率小的码头结构型式,可以消散港内波能,有效减小码头前波高。     

双谱时延估计在被动测距中的应用

时延估计是被动测距声纳实现目标精确定位的关键。本文在介绍互相关法时延估计的基础上,重点研究了双谱时延估计方法在被动测距中的应用。理论分析和仿真实验结果表明,相比互相关法时延估计,双谱法时延估计具有时延估计精度高、误差小、对高斯噪声的抑制能力强等优点。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

海上人员传送技术及维修船运动响应研究

随着众多大型风场陆续建成,海上风场维护问题日益突出。海上风场多选址于强风浅水海域,恶劣的海况导致维修船运动剧烈,维修人员登陆十分困难。目前国外已有研究单位针对海上风场的人员登陆问题开展研究,开发登陆船或登陆系统,旨在确保维修人员安全登陆风机。而我国关于此方面的研究几乎空白。基于此情况,文章对已有登陆系统进行了归纳总结,并通过多体水动力的算例探究登陆风机时维修船的运动规律。通过文中的研究,可以得到结论:(1)有义波高仍是限制登陆系统工作和维修人员登陆的主要因素,其决定了海上维修的有效期窗口,我们国家有必要开发新技术和新系统来保证人员登陆风机。(2)不同波浪谱对维修船运动响应的影响不可忽视,在实际工程中有必要根据海上风场的实际海况,选择合适的双峰谱来预报维修船的运动响应。(3)风机桩基础的存在与否对维修船的耐波性有影响,需要在水动力分析中考虑;但当二者间的相对距离在若干米内时,耐波性受此距离影响不大。     

中国海浪方向谱的分析研究

通过比较光易型和我国规范中两种不同的方向分布函数,表明我国规范推荐的方向分布函数表现为风浪和传播距离较短的涌浪特征,并与光易型方向分布函数有很强的一致性。认为方向分布函数应与频谱联合分析,才能更好地反映天然的海浪。通过分析我国近海几个区域的方向谱特征,均反映理论分布的特点,方向集中度略小于规范推荐的情况。     

SWAN风浪成长模型在近海设计波浪要素推算中的应用

根据黄、渤海区20 a中最大风速对应的风场过程,利用SWAN模型模拟风浪的成长过程,利用针对模型推算所得的烟台芝罘岛附近海域的系列波浪要素,进行P-III型曲线的拟合分析,得到不同重现期条件下的特征波浪要素。模型计算过程中,只需对美国NCEP和欧洲ECMWF风场后报资料进行简单校正,据此通过SWAN模型推算的特征波浪要素值就可与根据芝罘岛海洋环境监测站现场观测资料推断的波浪要素值基本一致。     

西非海域环境条件下FPSO运动及载荷响应特性研究

针对在西非海域作业的某多点系泊30万吨FPSO,研究西非海域特定环境条件下的双向风浪及涌浪的联合作用对该FPSO运动及载荷响应的影响。文中基于三维势流理论对FPSO运动响应进行数值分析,并与试验值幅值响应算子(RAO)对比。利用双Ochi-Hubble谱的短期预报,论述FPSO在双方向风浪及涌浪作用下的运动幅值、加速度及载荷响应;论述涌浪方向对运动及载荷响应的影响,并考虑涌浪周期敏感性的影响,对FPSO运动加速度、幅值、波浪弯矩、波浪剪力进行数值分析;总结了FPSO在双方向风浪及涌浪作用下运动及载荷响应根据浪向的变化特点,以及FPSO波浪载荷受风浪和涌浪周期敏感性影响的特点,为西非FPSO后续的结构设计提供参考。     

透浪建筑物掩护水域波浪数值模拟研究

为了研究透浪水工结构掩护水域的波浪条件,采用MIKE21系列软件的BW模块及SWAN模型对假定工况下的波 浪传播进行了模拟。通过2组数值模拟结果与整体波浪物理模型试验结果的对比,比较了2种数值方法模拟掩护水域波浪条 件的可行性及适用性,然后采用SWAN模型模拟了12级风条件下潜堤掩护水域的风浪场,取得了较好的效果。     

风浪流作用下耙吸式挖泥船运动数值模拟

耙吸式挖泥船是一种在港口与航道等基建工程中广泛采用的施工设备,挖泥船施工作业需解决的重要问题是深水及复杂作业环境下耙吸式挖泥船的挖掘精度控制。因此,为预测耙吸式挖泥船与耙头的运动,并为超深、超宽开挖控制提供依据,在考虑了风、浪、流、船舶操作力、海床反力、波浪补偿器及其滞后等影响因素的情况下,建立了耙吸式挖泥船运动数学模型,用实船测试数据对数值模型进行了检验。通过实例计算,研究了不同水深和不同风、浪、流等环境因素对耙头运动的影响。