基于谱分析原理和频率响应法的舰船纵摇运动分析

发布时间：2021-03-18 13:34

　　为了掌握高海况下舰船的纵摇运动规律并对其进行准确预报,分析了舰船的纵摇运动规律。运用谱分析原理和频率响应法,分别在4级、5级和6级海况下,根据海浪谱密度函数和舰船的纵摇频率响应函数,求得其纵摇运动谱密度函数;再运用公式推导,得到其纵摇运动的时域函数;使用MATLAB仿真软件对舰船进行纵摇运动仿真,得到3种高海况条件下的舰船纵摇运动时域函数图像,并验证仿真结果的准确性。仿真结论:在高海况下,海况等级对舰船纵摇影响显著,海况等级越高,舰船纵摇的角度值范围就越大。以某型舰船为例的预报结果:在4级海况下,舰船纵摇的幅度在±6°之间;在5级海况下,舰船纵摇的幅度在±15°之间;在6级海况下,舰船纵摇幅度可以达到±30°之间。 

【文章来源】：数字海洋与水下攻防. 2020,3(04)

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

输入与输出的转换Fig.1Conversionofinputandoutput

第4期张钰，等：基于谱分析原理和频率响应法的舰船纵摇运动分析·317·速度；U为离海面19.5m处的风速。本文采用式（13）作为海浪谱密度公式。4纵摇运动分析4.1运动方程的建立与求解运用切片法[8]对船舶在波中的纵摇和垂荡的耦合运动进行分析。在分析船体某切片的受力前，首先对其切片的运动进行分析，当船体作为小幅度纵摇和垂荡运动时，可以认为船体切片作垂向运动。对运动坐标系G-XYZ中X处船体横剖面的运动进行分析，见图2所示。切片随重心上升了z，由于纵摇下降了Xsin，近似为X。此时剖面出的波面坐标为ζ，根据式（15）求得该剖面与波面的垂向相对位置为RzzX（15）图2船体横剖面切片的运动Fig.2Motionofthehullcrosssection当波浪运动导致切片受到外力并引起切片运动时，在对其进行分析时需要考虑流场内史密斯效应的影响因素[9]。本文使用等效波对其进行计算，而不是直接用表面波的升高来进行相关计算。实际应用中，通常将等效波的深度用其切片平均的吃水深度来表示[10]。因此，若水线以下切片面积为S，切片宽度为2b，则平均吃水为2mSTb（16）可知其等效波面方程为*ecos(cossin)mkTAekxkyt（17）对于切片来说，有3种流体动力作用在垂向运动的切片上，其中包括流体静力、兴波阻力以及附加惯性力。首先，考虑流体静力，由于切片吃水的变化，单位长度的上浮力为*1F2gb(zX)（18）其次，考虑兴波阻力，对式（15）进行微分可以得到切片垂向速度**dd()ddRXzzXzXtt（19）当船在以速度V在水中前进时，在半固定坐标系上观察船的运动就相当于观察该

·320·数字海洋与水下攻防第3卷4.4基于MATLAB的纵摇运动仿真根据上述海况条件，基于MATLAB软件对某型舰船进行纵摇运动仿真。取采样频率f=50Hz，分别对4级，5级和6级海况下UUV的纵摇幅度进行随机仿真，得到如下结果，如图3-5所示。其横坐标为时间t/s，纵坐标为纵摇幅度的角度值Ψ（t）/（°）。图34级海况下舰船纵摇幅度Fig.3UUVpitchamplitudeatseastate4图45级海况下舰船纵摇幅度Fig.4UUVpitchamplitudeatseastate5图56级海况下舰船纵摇幅度Fig.5UUVpitchamplitudeatseastate6为了验证纵摇运动仿真的准确性，本文利用由图3-5中纵摇幅度时域函数求得的纵摇谱密度函数与根据相关参数计算得到的纵摇谱密度函数1()pS、2()pS、3()pS进行对比。对比

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3088411