迎浪中ONR内倾船参数横摇分析与抑制措施研究

发布时间：2020-04-07 13:07

【摘要】：船舶在海洋中航行时会遭遇到不同的海况条件,各种非线性外部激励的作用会使得船舶极易发生参数横摇,内倾型船舶在水线以上采用低干舷、舷侧内倾以及穿浪型舰艏等非常规船型设计,使其在波浪中水线面面积和复原力矩的变化规律与常规直壁型及外飘型船舶有着很大的不同。现有研究发现内倾型船舶在迎浪中同样会发生参数横摇现象,因此,本文将以ONR内倾船作为研究对象,借助基于粘流方法的计算流体力学软件STAR-CCM+和基于势流方法的水动力学软件AQWA-NAUT,建立两套有效的参数横摇数值预报方案,对迎浪规则波及不规则波中的船舶参数横摇现象进行模拟分析,并对ONR内倾船的减摇措施进行了研究。本文首先建立了两套基于不同理论方法的参数横摇数值预报方案,并通过算例验证了方案的可行性,之后对ONR内倾船在迎浪中的参数横摇运动进行了数值模拟,研究了迎浪中初始激励、航速、波陡、横摇阻尼以及随机种子数对ONR内倾船参数横摇运动的影响。研究发现:初始激励对参数横摇是否产生以及参数横摇的最终发展趋势并无影响,加入适当的初始激励后可以明显地缩短参数横摇的发展时间;ONR内倾船参数横摇的发生需要满足一定的波陡条件和遭遇频率比值范围,该范围同常规船舶有所不同;船舶参数横摇对横摇阻尼非常敏感,可以通过增加船舶总横摇阻尼的方式来抑制参数横摇;不规则波中ONR内倾船的摇荡运动表现出较强的非线性,随机种子的个数在数值模拟中对参数横摇计算结果影响较大。最后,本文选用舭龙骨作为ONR内倾船的参数横摇抑制措施,计算了舭龙骨的安装角度以及舭龙骨宽度对减摇效果的影响。研究发现舭龙骨安装角度对阻尼产生的影响较小,而舭龙骨宽度是横摇阻尼大小的关键因素。本文还提出了一种使用导轨的收放式舭龙骨装置,通过数值模拟验证了不同舭龙骨方案的减摇效果,结果表明舭龙骨可以对ONR内倾船的参数横摇运动产生较好的改善和抑制效果,特别是本文提出的收放式舭龙骨装置,参数横摇抑制效果非常明显。文末还使用CFD软件模拟了不同舭龙骨方案船体舭部漩涡的生成及衰减过程,为研究舭龙骨减摇成因和漩涡发展提供了可行的研究方法。
【图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论本文的研究目的和意义随着时代的发展，航运作为便捷经济的运输手段刺激着船舶技术逐步改进，尤来，随着海上贸易与海洋资源的开发，世界各国对海洋资源和海上主权越来越技术和先进理念不断地投入到船舶研发设计中，另一方面，舰船作为国家海上体，海军信息化不断提高以及海军作战编队不断完善，未来战争对舰船的隐身更高的要求。在此背景下，追求隐蔽性和高性能的内倾船型呼之欲出[1]。一般型船舶在船型上是指采用水线以上舷侧及上层建筑内倾设计，且具有穿浪型舰，其中以美国的导弹驱逐舰 DDG1000（“朱姆沃尔特级”）最具代表性，它采穿浪内倾船型技术，再配合其他的隐身结构设计以及隐身材料涂装，，使得雷达在实测中相较于其他常规船型非常低，能够达到非常好的隐身效果。

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图 1.2 船舶在波浪中横摇运动示意图，各国学者基于多种理论预报方法对船舶在波浪中的参数横摇现象进拟和研究，使用方法包括非线性力学方法、势流理论方法和计算流法。目前的研究多采用基于非线性力学思想的简化运动方程进行模拟理论的运动预报方法进行时域模拟，应用以上两种方法，国内外学者的发生机理开展了广泛研究。参数横摇理论研究工作开始于 20 世纪 30 年代，早期研究主要集中对线性规则波中的运动进行求解，研究中选用的数学模型主要为简单通过解析求解，分析线性复原力下的参数横摇，如 Watanabe[25]，G此后，学者们开始在马修方程中加入非线性的复原力矩，如 San，但这些模型忽略了其他自由度运动的耦合影响，在一定程度上马修摇现象进行解释，但描述方程过于粗糙且只能研究船舶的单自由度多学者对其进行了完善。以一艘渔船的倾覆事故为研究背景，Neve
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.321

【参考文献】