油船强迫横摇试验及分析研究

采用自制的横摇试验设备和控制系统,进行油船船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验,横摇试验周期为0.8~20 s,全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,试验周期到达横摇固有周期附近时横摇力矩最小,之后横摇力矩逐渐增大,当横摇周期很长,船舶横摇缓慢,此时横摇力矩基本保持不变;同一横摇周期和不同横摇幅值下,横摇力矩与横摇幅值成倍数关系。随着横摇周期的减小,附加惯量成线性增加,横摇阻尼非线性明显,并随横摇幅值的增加而增大。     

船舶参数激励非线性随机横摇运动分析

研究了随机纵浪中船舶的参数激励横摇运动。将船舶初稳性高作为时变的随机参数激励,应用随机平均法和FPK方程,分析了船舶的参数激励横摇运动微分方程。考虑航速、船舶瞬时湿表面积及随机波浪,建立了船舶横摇幅值概率密度、概率分布函数及其均值的计算方法。以某渔政船为例,计算了不同航速时船舶随机横摇幅值的概率密度、概率分布函数及其均值。结果表明,参数激励谱峰频率为横摇固有频率的2倍时,发生主参数共振,船舶横摇严重,船舶倾覆发生的概率增加。     

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。     

基于尖点突变的船舶横摇倾覆研究

针对船舶在规则波中非线性横摇导致的倾覆现象,提出了采用突变理论进行分析的方法.在建模过程中,将船舶非线性横摇方程恢复力矩取到七次项,阻尼力矩取至三次项以便于推导.经数学变换,将船舶非线性横摇方程转化为尖点突变模型的形式.由理论分析,得出了当船舶倾覆时,其自然横摇频率与三次、五次、七次恢复力系数满足一定的函数关系.在忽略七次恢复力系数影响的情况下,得出了船舶自然横摇频率与三次、五次恢复力矩的关系式,并绘出了相应的曲面图.     

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.     

关于高速滑行艇由纵摇引起的不稳定横摇研究

利用动态力作用在某一模型上进行三分量测量所得的数据库，使用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法，使惯性矩、横摇阻尼、纵摇角幅值和重心高度变化，对艇由强迫纵摇引起的非线性横摇进行模拟。这些结果表明：由纵摇引起的横摇周期与纵摇周期没有关系，不稳定横摇发生在纵摇周期为所引起横摇的二分之一周期时，不稳定的临界范围和阻止不稳定横摇的最小横摇阻尼，随惯性矩的增加、纵摇角幅值的增长和重心高度的降低而增大。     

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。     

船舶低速横甩机理研究

本文利用非线性振动理论研究了参数激励频率和波浪的强迫激励频率相同且等于艏摇固有频率2倍时的船舶1/2亚谐共振运动,揭示了船舶在低速航行、遭遇频率相对较高时,积累艏摇运动导致横甩发生的机理.     

船舶横摇阻尼浅水效应模型试验

涉及舰艇进速时横摇阻尼浅水效应的一系列有关模型试验，进行了自由和强制横摇试验，以取得横摇阻尼系数。试验采用油船船型进行，结果显示不管船舶航速大小，随着水深的下降，横摇阻尼提高。可以认为浅水水域的横摇阻尼提高速度时，要比在深水水域的横摇阻尼提高速度时大得多，且在浅水水域横摇阻尼升力分量是从船体横向力的稳态特性估算的。横向力是在一定水深中进行的斜航拖曳试验中确定。由于船舶航速、升力分量同横摇阻尼是相当一致的，故可以得出浅水水域情况下升力分量占据船舶航速引起的横摇阻尼的主要部分。     

基于相轨迹特征的阻尼估算能量法改进研究

横摇是船舶在海上航行安全中首要考察的运动姿态。船舶横摇运动的高精度预报，需准确地估算横摇阻尼。引入相轨迹概念，以能量变化的视角，从船舶模型试验数据中提取幅值数据，进行横摇阻尼非线性特征的研究。分析幅值数据呈现的规律，提出新的幅值拟合函数，并相应改进横摇衰减拟合函数。采用线性加平方阻尼力矩模型，通过预设阻尼系数仿真生成静水船舶模型自由横摇数据，展开阻尼估算试验。试验显示：能量法的改进有效减小了阻尼系数的估算误差。基于阻尼系数进行数值预报，证明方法改进后的数值预报更加接近试验仿真数据。结果表明：能量法的改进是有效的，能更好地识别横摇阻尼的非线性特征，更准确地估算横摇阻尼系数。     

基于有限元分析的船舶零航速减摇鳍升力机理研究

减摇鳍是船舶应用最为广泛的主动式减摇装置,其在船舶高速航行时具有良好的降低横摇的功能。但是,当船舶航行速度较低或者零航速驻停时,减摇鳍的效果会大打折扣,因此,研究船舶零航速时的减摇鳍升力机制,使减摇鳍在船舶零航速下仍具有良好的减摇效果是国内外的研究重点。本文基于有限元分析技术,建立船舶减摇鳍的升力函数模型,研究了船舶零航速时的减摇机理,并在此基础上设计了船舶零航速下的减摇鳍系统。     

船舶超谐共振响应运动

由于船舶阻尼系数和恢复力矩的非线性，船舶大幅运动时横摇和纵摇耦合。各类船舶的纵摇固有频率接近横摇固有频率的两倍，存在基于动力学理论的2；1的内共振关系。本文考虑大幅波浪激励，建立了船舶横摇与纵摇耦合的非线性运动方程，针对纵摇和横摇频率存在2：1内共振关系以及波浪遭遇频率Ω等于1／4倍纵摇固有频率，采用多惊讶方法，求出了运动方程的摄动解，得到了横摇与纵摇超谐运动的时间历程响应，分析了产生超谐共振的条件。研究表明，在大幅波浪激励下，船舶将出现超谐共振响应，其运动特征是：横摇运动和纵摇运动均为两个不同频率谐波的迭加。横摇响应包括波浪遭遇频率谐波和横摇固有频率谐波；纵摇包括波浪遭遇频率谐波和纵摇固有频率谐波。两个谐波响应的迭加，使横摇和纵摇运动响应显著增加，并且横摇运动不再左右对称，针对算例进行了超谐运动响应计算，计算结果与本文的理论分析结论完全吻合。     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

船舶在大风浪中横摇稳性变化的理论研究

对波浪中船舶横摇稳性的特点进行了介绍和分析，提出一种新的研究船舶发生大倾角横摇时的稳性力臂的方法，在运用逐步逼近法计算每个横剖面的左右侧浸深时，考虑了在横摇过程中由于船舶首尾不对称造成的纵倾对每个横剖面浸深的影响，以及横摇过程中所发生的纵倾运动对横摇稳性的影响。然后，根据波浪中重力与浮力平衡、纵倾力矩之和为零这两个条件来求取横摇稳性力臂值。     

用Morlet小波变换研究舰船横摇垂荡耦合特性

本文探索了用小波变换方法对舰船横摇垂荡非线性耦合动力学特性的研究.对于考虑与垂荡二次耦合的舰船横摇方程,用Morlet小波变换分析其摇摆响应动力学特性,研究分析了船舶在几种典型波浪中的状况:稳定区域中的横摇回复和稳态横摇;非稳定区域的横摇发散;以及混沌现象.研究表明,通过小波变换所特有的时频窗,对横摇响应小波变换系数的模和相等信息进行分析,可以获得船舶横摇-垂荡耦合非线性动力学幅值和频率的各种典型特征.     

船舶横摇首摇耦合运动前向智能模型的仿真分析

大量的统计数据表明,船舶发生的各种事故原因中,最为常见的船舶受海上大风浪影响,产生剧烈的摇摆和振荡导致船舶受损甚至倾覆。因此,研究船舶的减摇成为迫切的需要。船舶在海面上航行时,主要受到的作用力形式包括海浪作用力及力矩、海风力及力矩和洋流扰动作用力,当船舶受到的摇荡载荷超过船舶所能承受的载荷强度时,就会导致船体结构损坏。此外,当船体产生大幅度的横摇时,可能导致船舶的航向控制失灵,引发事故。本文充分结合神经网络算法,设计一种船舶横摇首摇耦合运动的前向智能控制模型,并介绍该控制模型的原理。     

船舶运动亚谐共振动力学行为的研究

船舶运动时的阻尼和刚度非线性，导致船舶大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合，本文依据作者建立的船舶纵摇与横摇耦合的非线性方程，考虑强海浪激励情况以及纵摇和横摇的频率特征存在2：1的内共振关系，采用非线性动力学中的多尺度方法，求出了横摇和纵摇运动的摄动解，研究了亚谐共振发生的条件，给出了亚谐共振状态下船舶纵摇与横摇运动的动力学特征。研究表明，船舶亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小；船舶运动发生亚谐共振时，船舶出现大幅运动甚至倾覆。     

减摇水舱性能试验摇摆模拟台阻尼力矩的模拟研究

减摇水舱性能试验摇摆模拟台是根据相似准则建立的一种模拟在波浪作用下船舶横摇运动的试验装置。为使摇摆模拟台能够模拟各种类型船舶的运动，要求模拟台的转动惯量、阻尼力矩和波浪干扰力矩都是可调节的。利用硬件方法模拟阻尼力矩具有许多不确定因素，很难保证模拟的阻尼力矩值与要求的阻尼力矩一致，这给减摇水舱性能预报带来诸多困难。本文提出了一种利用软件模拟船舶横摇阻尼力矩的方法，仿真分析和试验结果表明该方法能够模拟各种船舶的阻尼力矩，满足模拟台阻尼力矩模拟要求。     

允许甲板入水的横摇实验

本文利用“对振式可控力矩横摇激振装置”进行船模允许甲板入水的强制横摇实验研究，证实用甲板未入水的横摇模型预报允许甲板入水的横摇将产生显著的差别。唯有通过船模允许甲板入水的强迫横摇实验才能获得真实的非线性横摇模型，据此才能进行可靠的巨幅横摇响应预报。     

连续小波变换在船舶横摇阻尼识别中的应用

考虑到静水横摇衰减试验信号具有有效样本周期较少和信号周期随幅值发生变化等特点,为了高精度地识别船舶横摇阻尼的大小,采用Morlet小波作为连续小波变换的基函数,探讨有效克服边界效应的处理方法,在时频平面内通过相位特性提取小波脊线,并依据小波脊线的幅值和幅角变化规律识别出横摇阻尼参数.通过仿真实例验证该方法的可行性,同时也为船舶横摇阻尼试验提供一种新的识别方法.