KCS船型浅水操纵水动力计算

以国际船舶操纵性比较研究标准船型KCS为对象,采用一种基于细长体理论的数值方法计算船舶在浅水中以一定的航速航行时的操纵运动线性水动力导数,给出的结果反映出水深和航速的影响;数值结果和现有的经验公式估算结果进行比较,验证该方法的有效性.     

浅水中船舶相互作用的一种计算方法

本文在细长体的假定下提出了一种计算浅水中平行航行船舶之间和靠近岸壁航行时相互作用力的简化模型，推导了有关计算方式，给出了计算实例并与相应的试验结果作了比较。     

船舶浅水水动力导数的数值计算

船舶浅水水动力导数对研究浅水中船舶操纵性有重要的意义.以“Mariner”船模为研究对象,采用Realiz-ablek-ε湍流模型来封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,对两种水深的浅水定漂角、定舵角、纯艏摇试验进行了数值模拟.实现了浅水水动力导数的求取,并将计算结果与模型试验结果进行对比,验证了方法的有效性.     

浅水中船体操纵水动力导数的计算

本文考虑了二维船体横截面横向附加质量的浅底效应后,把极短翼理论发展到浅水情况以计算船体的操纵水动力导数。每个船体横截面都近似视为相应宽度和吃水的椭圆。得到如下形式的操纵水动力导数的浅水效应表达式: f_i=k_o a_ik_1B/T b_ik_2(B/T)~2(i=1,2,3,4,5,6) 把计算结果与藤野正隆的Mariner级船和东京丸模型强迫振荡试验结果作了比较。比较表明,上述六个操纵水动力导数,计算与试验结果都比较接近。计算预报的位置力臂l'_β和回转阻尼力臂l'r随水深变化的趋势与试验结果也是一致的。     

细长回转体鳍舵流体动力的估算

本大综合了细长回转体鳍舵位置导数和旋转导数系列试验研究的结果,提出了鳍舵流体动力的估算方法。 本文采用了一种新的鳍舵几何参数无量纲化方法,较好地解决了主体对鳍舵流体动力的干扰问题,并根据正交设计方法,模型系列试验结果和机翼理论等,推导了估算鳍舵流体动力的半经验表达式。 本文所给出的估算公式在一定范围内与试验结果是吻合的,适用于估算具有尾收缩段的细长潜水体尾鳍舵的流体动力。     

基于细长体理论的小水线面双体船操纵性预报

小水线面双体船(SWATH)由于具有良好的船舶快速性、耐波性、稳性和效率高等特点,已经成为新船型的代表。根据小水线面双体船的船型结构特点,在操纵运动数学模型的基础上,充分考虑小水线面船的结构特点和双体、双桨、双舵之间水动力的相互影响,采用细长体理论计算了附加质量、附加惯性矩和线性水动力导数,编制了双体船操纵运动预报程序,并结合实例对SWATH的操纵性能进行了预报。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

基于结构强度的超细长三体船片体布局优化的研究

以一艘超细长三体船为例,计算了其在不规则波下的波浪载荷响应。考虑速度的影响,研究了基于波浪载荷响应的片体布局优化。计算结果表明,超细长三体船的总纵弯矩分布规律符合船体梁假定。由于三体船较常规单体船宽,沿着船宽方向亦可假设成两端简支的单跨梁;片体的相对位置不影响产生载荷响应峰值的波浪遭遇频率,但会影响响应的幅值。在优化片体相对位置,需考虑高航速的影响。     

基于兴波阻力的三体船片体位置快速优化方法

三体船片体位置优化的工作量很大,不仅要考虑片体间的横向距离,也要考虑片体间纵向距离.为快速优化三体船的片体位置,基于Noblesse细长体理论,按照一阶Kochin函数的表达式,在指数函数展开分离变量方法的基础上,本文推导了三体船兴波阻力的计算公式,并根据这些公式实现了三体船兴波阻力的快速计算.数值计算与模型试验相吻合.数值计算结果和模型试验结果均显示,三体船的片体位置对兴波阻力有很大影响.     

浮体浅水波浪载荷数值计算方法研究

[目的]在浅水环境下,对波浪中浮体的响应进行求解时,其主要难点在于对有限水深格林函数及其偏导数的准确求解和快速计算。[方法]为此,利用改进的Gauss-Laguerre积分法,提出一种可精确计算有限水深格林函数及其偏导数的方法,结合循环矩阵原理,给出对称性的处理方法和简化的级数求解公式。并将所提方法与其他商业软件计算结果进行对比分析。[结果]结果表明,所提计算方法精确度较高。[结论]该方法可用于准确评估浅水中的浮体运动和波浪载荷。     

椭圆余弦波浅水变形实用计算法（I）——对《海港水文规范》的一个补充

尽管线性波浪理论不适宜应用在近岸浅水海域,但我国《海港水文规范》中波浪浅水变形的计算方法仍是建立在线性波浪理论的基础上,且没有考虑外界因素（如风和海底摩擦）的影响。为弥补上述不足,基于波浪传播过程中能量守恒的原理建立了一个波浪浅水变形的数值模型,该模型采用椭圆余弦波假定,并考虑了风和海底摩擦对波能的增加和损耗作用。在该数值模型基础上,分析大量工况下的计算结果,提出了便于工程设计初期用于确定近岸波浪要素的浅水变形实用计算方法（PCM）     

椭圆余弦波浅水变形实用计算法(Ⅰ)——对《海港水文规范》的一个补充

尽管线性波浪理论不适宜应用在近岸浅水海域,但我国《海港水文规范》中波浪浅水变形的计算方法仍是建立在线性波浪理论的基础上,且没有考虑外界因素(如风和海底摩擦)的影响,为弥补上述不足,基于波浪传播过程中能量守恒的原理建立了一个波浪浅水变形的数值模型,谊模型采用椭圆余弦波假定,并考虑了风和海底摩擦对波能的增加和损耗作用。在该数值模型基础上,分析大量工况下的计算结果、提出了便于工程设计初期用于确定近岸波浪要素的浅水变形实用计算方法(PCM)。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

潜体波浪中近水面不同潜深和航向时运动和波浪力计算

本文对潜水细长体波浪中近水面运动和波浪力的计算，采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波频运动和波浪力响应；采用Newman细长体方法和3－D修正处理计算垂直面低速潜体的二阶平均波浪与与力矩。该方法和计算程序的实用性和可靠性已经被多次模型结果比较，验证所证实。本文以某一国外典型潜艇为例，计算了七种潜深，七种相浪向下艇体的近水面波频运动响应与波浪力响应，给出了几种运动与波浪力参数变化与浪向变化的计算实例，同时还给出采用线性叠加原理得出的波频运动与波浪力时域历程曲线实例。     

椭圆余弦波浅水变形实用计算法(Ⅱ)——对《海港水文规范》的一个补充

针对我国《海港水文规范》中基于线性波浪理论的浅水变形计算现状,本文的第Ⅰ部分提出了建立在椭圆余弦波理论基础上的浅水变形实用计算法(PCM),用于计算沿直线传播的波浪的浅水变形。在其基础上,考虑了海底地形变化引起的波浪折射影响,使得PCM方法能拓展用于缓变水域近岸浅水波要素的计算。最后给出一个算例,采用PCM方法分别计算了不同外界因素(理想情况、风、海底摩擦、风及海底摩擦)作用下的浅水变形结果,并与商业软件DHI-MIKE21的计算结果进行比较,结果比较吻合。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。分析计算结果发现:在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了参考和新思路。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

三体船粘压阻力预报方法

三体船快速性的研究是三体船新船型开发技术的支撑。通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同航速下三体船的粘压阻力进行计算。试验研究采用将三体船侧体分别放置在船中、船前部和船后部3个不同的纵向位置以及距船中心线3个距离不同的横向位置,测量9个侧体位置下三体船在静水中的总阻力。运用第八届ITTC公式计算摩擦阻力系数,进而算出剩余阻力系数。通过数值模拟的方法,基于细长体理论对三体船兴波阻力系数进行计算,再根据三因次换算方法计算粘压阻力系数。得出不同构型下三体船在静水中的粘压阻力系数,并作出其随Fr数变化的曲线,观察在侧体位置不同的情况下,三体船的粘压阻力系数随航速变化的规律。根据所得粘压阻力系数曲线,提出初步预报三体船粘压阻力系数的一种简单方法。     

浅水航道舰船水压场理论解及其计算

基于浅水波动势流理论,建立亚临界航速和线性跨临界航速浅水波动控制方程。基于薄船假定,利用傅里叶积分变换法获得浅水航道舰船水压场理论解。通过数值求解,分析舰船航速、水深、航道宽度、色散效应对舰船水压场特性的影响,并与源汇分布法计算结果进行对比,验证所建立的浅水航道舰船水压场数学模型和计算方法的正确性与有效性。     

两层流体中潜体的不定常运动兴波

本文应用Ｌａｐｌａｃｅ变换方法和基元波叠加的概念对两层流体中孤立点源和细长潜体的不定常线性兴波问题进行了探讨,给出了自由面和内界面的波型及兴波阻力的算例结果。