随浪中纯稳性丧失直接评估方法研究

  目的  由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织（IMO）针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。  方法  基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持航向操纵运动进行数值模拟,预报纯稳性丧失下船舶的六自由度运动,并对船舶的失稳运动及倾覆特性进行直接评估。  结果  结果显示,船舶在持续的稳性丧失情况下会产生大幅度的横摇运动,最终会因横摇角过大而导致倾覆现象的发生;在稳性丧失的状态下,船舶艏摇角显著增大,说明船舶在该状态下依靠操舵已无法有效控制船舶航向,会导致较为明显的横甩现象。  结论  所做研究表明,采用CFD方法模拟船舶失稳运动与倾覆现象准确性较高,研究成果对于研究船舶第二代完整稳性衡准具有一定的参考意义,可为纯稳性丧失的直接稳性评估方法研究提供支撑。     

随浪中纯稳性丧失直接评估方法研究

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,文章构建了纵荡-横摇2自由度运动耦合的数学模型,进行了随浪中纯稳性丧失直接评估。该方法首先在纵荡方程中考虑了随航速变化螺旋桨推力和静水阻力,及随瞬时船—波相对位置变化的时域纵荡波浪力。其次在横摇方程中基于Froude假设采用静平衡法求解随瞬时船—波相对位置和横倾角变化的时域复原力变化,同时考虑了初始横倾、非线性横摇阻尼和横倾水动力导数的影响,构建了纵荡—横摇2自由度耦合运动方程。最后采用ONR内倾船开展了随浪规则波中纯稳性丧失试验,验证了文中提出纵荡-横摇2自由度运动耦合的数学模型的可靠性,并进一步分析了初始横倾角、纵荡和横倾水动力导数对纯稳性丧失的影响,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础。     

三体船随浪中的完整稳性研究

随浪航行波峰位于船中时,容易引起单体船稳性的丧失,但是此结论对三体船是否适用尚待进一步研究。以一条三体船型为例,研究了三体船型在波浪中的完整稳性。对侧体不同位置的多种方案进行了计算。结果表明:当侧体纵向位置位于船舯、船尾和舯前(侧体横向位置较大)时,波浪中的初稳性较静水中反而有所增加,波浪中的大倾角稳性的最大复原力臂也比静水中有所增加,稳性消失角有所减小;当侧体纵向位置位于舯前(侧体的横向位置较小)时,波浪中的初稳性较静水中有所下降,波浪中大倾角稳性的最大复原力臂与静水中比较明显下降。     

纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准实船验证分析

国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准,并计划于2019年开始强制实施.该稳性衡准涵盖了5种稳性失效模式:参数横摇、纯稳性丧失、过度加速度、瘫船稳性和骑浪/横甩.衡准评估由薄弱性衡准和稳性直接评估组成.本文采用实际运营的4艘油船和3艘渔政船对最新草案中纯稳性丧失和瘫船稳性的薄弱性衡准进行了计算,分析了第一层和第二层薄弱性衡准的一致性,为纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准的制定提供参考.     

三体船随浪中的破舱稳性研究

以一三体船型为例,研究了三体船型在波浪中的破舱稳性。对不同的破舱位置和侧体位置的多种方案进行了计算,结果表明:侧体位置不同时,最危险的破舱位置亦不同,并且破舱位置对稳性损失的影响随着侧体横向位置的增大而减小;侧体位置位于船舯时破舱稳性较好,侧体横向距离越大破舱稳性越好。     

内倾船骑浪概率评估方法和安全边界研究

针对与横甩密切相关的骑浪运动,构建了规则波中纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度耦合运动数学模型,其中包含了波浪绕射、非线性水动力导数、静水中横倾产生的水动力和非线性横摇阻尼等因素。在螺旋桨推力和舵力模型中考虑了波浪粒子速度、螺旋桨和舵实时出入水以及双桨、双舵对首摇力矩的影响。基于规则波中骑浪数值预报,采用临界波法建立了不规则波中船舶骑浪概率评估方法。以一艘非常规双桨双舵内倾船为例,计算了内倾船在长期海况和短期海况中骑浪发生的概率,并开展安全边界研究,获得了船舶骑浪危险区域边界。建立的船舶骑浪概率评估方法可为骑浪/横甩直接稳性评估提供技术支撑。     

ONR内倾船在波浪中船桨舵耦合下航向保持数值模拟

波浪中船舶航向保持能力反映了船舶操纵性能的优劣。论文使用通用的商业软件STAR-CCM+,模拟ONR内倾船在顶浪和艏斜浪下的航向保持性能。采用重叠网格技术,实现船桨舵耦合的多体运动求解。通过速度边界条件进行造波,采用欧拉叠加模型结合势流方法进行消波,并对舵施加自动控制来实现航向的保持。通过计算给出了船舶在顶浪和艏斜浪中的六自由度运动参数和舵角变化的时历曲线,并与2015年东京CFD Workshop中公开的模型试验数据进行了对比分析,相关结果与试验吻合较好,验证了论文提出的波浪中船舶航向保持计算方法的可靠性。还分析了自航船舶在一个波浪遭遇周期内顶浪和艏斜浪中自由面和尾流场涡结构的变化。     

规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究北大核心CSCD

[目的]波浪中纯稳性丧失是第二代舰船完整稳性中稳性薄弱性的衡准之一。针对波浪中大倾斜角稳性计算发散问题,[方法]以静水面坐标系为基准,定义了广义纵倾角和广义吃水变量,推导出物理含义清晰的波面方程。在Froude-Krylov假定条件下,结合AutoCAD二维图形面域计算技术和VBA编程方法,提出了规则波浪中舰船纯稳性丧失的计算方法。针对一艘具有阶梯式甲板的舰船,计算了规则波浪中舰船复原力臂曲线,证明大横倾状态具有一致收敛性。[结果]计算得到了规则波浪中稳性变化规律:纵向波浪中,波面高于甲板或低于船底导致有效水线面消失是稳性降低的主要原因;斜浪和正横浪中,波面相对船体横剖面倾斜引起的不对称性,是稳性大幅度降低的主要原因。[结论]计算收敛一致性表明,基于广义纵倾角定义的计算方法可成为评估舰船波浪中纯稳性丧失的有效手段。     

随浪状态下圆弧形太阳能板双体无人船破舱稳性研究

以一圆弧形太阳能板双体无人船为例,研究该类双体船在规则波中随浪状态下的破舱稳性。建立带水密箱式连接桥结构的双体无人船模型,对不同影响因素变化下双体无人船的破舱稳性进行分析,得出破舱稳性与影响因素之间的关系。研究结果表明:波陡增加,极限静倾角增大,无人船稳性恶化;波峰位于船舯附近时,无人船稳性较差;片体间距越大,破舱稳性越好,极限静倾角越小;艏部舱室破损后,无人船稳性恶化较严重。     

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。     

基于CFD的船舶骑浪状态下的纯稳性损失求解

船舶顺浪航行的纯稳性损失研究已成为国际航海界和国际海事组织(IMO)关注的课题之一。基于计算流体力学(CFD)技术,生成了船舶的骑浪航态,采用系列横摇衰减试验方法,获取到了该航态下某型舰艇的稳性曲线,通过后续计算得到纯稳性损失,并与一般理论计算法得到的结果进行对比,结果验证了该方法的可信度。     

二代稳性衡准纯稳性丧失直接评估方法研究(二)

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出了纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的标准数学模型,进行了纯稳性丧失直接评估.该方法首先基于MMG操纵性标准方法,构建纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动方程,同时考虑了舵控制方程,其次在纵荡、横荡、横摇、首摇方程右边考虑时域波浪力/力矩,且横摇方程右边进一步考虑了粘性横摇阻尼力矩和波浪中复原力臂变化.最后采用ONR内倾船进行了尾斜浪中纯稳性丧失直接数值计算,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.     

船舶在规则波中横摇稳性变化理论研究

对规则波中船舶横摇稳性的特点进行了分析和介绍,提出一种比较可靠的研究船舶在规则波中横摇时的复原力臂方法.基于切片理论,利用三个坐标系之间的转化关系,建立任意规则波中重力与浮力平衡及纵倾力矩为零的瞬时静平衡方程,同时提出任意规则波中船体各横剖面左右舷与波面一组或多组交点的求法及各浸水剖面面积的通用计算法,并基于Froude-Krylov假说得到船舶在波浪中的复原力臂.通过对一艘渔政船的各种瞬时状态的计算,得到波浪中船舶的复原力变化特性及影响波浪中复原力变化的重要因素.     

基于船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算扩展模式

船舶顺浪航行的纯稳性损失研究,已成为国际航海界和国际海事组织(IMO)关注的课题之一.在Ю.И.涅查耶夫根据28艘渔船和运输船船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算方法的基础上,提出了扩展模式,扩大了其适用范围,并给出了大长宽比(船长/船宽)舰艇纯稳性损失的算例,同时实现了该扩展模式的程序化,生成了实用化的软件.最后通过与CFD试验方法和一般理论计算法所得结果的对比,验证了该扩展模式计算结果的可信度.     

风浪中舰船横浪及随浪稳性计算

此文从便于驾驶员使用的角度出发,考虑船舶在非规则波浪中摇荡,就最典型的情况——横浪,提出了可供航海实用而又有一定精度的船舶风浪中稳性算法。针对随浪,采用Grim等效波高的思想,借鉴一些研究成果,给出了非规则波中随浪稳性计算公式和可供实用的程序。     

第二代完整稳性衡准直接评估方法研究

国际海事组织(IMO)船舶建造和设计委员会(SDC)4次会议把第二代完整稳性衡准直接评估方法提上议程,本文针对第二代完整稳性衡准的五种稳性失效模式——参数横摇、纯稳性丧失、骑浪/横甩、瘫船稳性和过度加速度,分别给出了直接评估的水动力原则性要求,然后针对这些水动力要求进行了分析,并给出了具体的数学模型.最后结合已有的计算结果对直接评估方法的可行性进行了分析,为二代稳性直接评估软件的开发和应用奠定了基础.     

基于船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算扩展模式

船舶顺浪航行的纯稳性损失研究,已成为国际航海界和国际海事组织(IMO)关注的课题之一。在Ю.И.涅查耶夫根据28艘渔船和运输船船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算方法的基础上,提出了扩展模式,扩大了其适用范围,并给出了大长宽比(船长/船宽)舰艇纯稳性损失的算例,同时实现了该扩展模式的程序化,生成了实用化的软件。最后通过与CFD试验方法和一般理论计算法所得结果的对比,验证了该扩展模式计算结果的可信度。     

基于IMO第二代完整稳性的养殖工船稳性

深远海可移动养殖工船是一种新型船型,目前国内尚未针对其稳性指标给出明确的规范。为此,选取几种具有代表性的样船,基于国际海事组织（IMO）第二代完整稳性衡准对其改装成养殖工船之后的稳性衡准进行计算,分析主尺度和船型系数等因素与第二代完成稳性衡准的关系,以对养殖工船在极端海况下稳性安全的设计提供参考。     

IMO第二代完整稳性衡准对现有万箱船设计的影响

国际海事组织（IMO）正在制定基于水动力学的第二代完整稳性衡准,新衡准的实施必然对现有船舶的设计带来巨大影响。集装箱船大型化是航运界的发展趋势,万箱船船型订单近年也大幅上升。已有的事故发现大型集装箱船对参数横摇、过度加速度等衡准相对敏感,但现有船舶的设计对此类事故模式考虑较少,因此有必要开展相关研究。本文选取了某万箱集装箱船,对其大量装载工况进行四种稳性失效模式的计算分析,研究了第二代完整稳性的实施对大型集装箱船的稳性影响,并对其装载、设计等提出一定的建议。