小水线面双体船耐波性及纵向运动稳定性研究

发布时间：2017-08-21 06:36

  本文关键词：小水线面双体船耐波性及纵向运动稳定性研究

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【摘要】：长期以来,如何改善船舶耐波性能,延长船舶作业营运时间一直是船舶设计者面临的重要问题。为了确保船舶营运过程中人员和货物安全,对其耐波性进行研究分析具有十分重要的现实意义。小水线面双体船由远离水线面的左右潜体、上部结构和连接它们的支柱等三部分构成。与相当排水体积的常规单体船相比,小水线面双体船具有兴波阻力较小、甲板面积富裕、耐波性能优异等优点。由于小水线面双体船构造的几何特征,允许在保证排水体积不变的前提下,得到不同布局形式的船型。本文基于三维势流理论,利用SESAM软件,研究了不同下潜体横截面形式(圆和椭圆);不同支柱倾斜角度(0°,15°,30°,45°),以及不同支柱位置的小水线面双体船在设计航速下的耐波性能。通过比较不同布局形式的垂荡、纵摇、横摇频率响应曲线,分析上述因素对船舶耐波性的影响,得出结论有:支柱倾斜角度的增加,能有效提高小水线面双体船耐波性能;下潜体横截面为椭圆的相比圆而言,在某些浪向角下耐波性有小幅提升;将支柱由下潜体中心线位置移至中心线外侧对小水线面双体船横摇有微小改善,对垂荡、纵摇的影响较小。此外,根据小水线面双体船的航区海况条件,完成了在设计航速下的耐波性短期预报,得到了对应自由度的运动有义幅值、可能最大幅值等统计值;结合全球海浪统计资料中的波浪散布图,运用数理统计理论对船舶在特定海域下进行了长期预报,得到了在一定超越概率下船舶横摇、纵摇、垂荡的运动幅值。针对小水线面双体船水线面面积小,与相当排水量的单体船相比,它对于垂荡和纵摇的抵抗能力较弱的问题。已有研究表明,船舶傅汝德(Froude)数超过0.38~0.44以后,小水线面双体船的纵向运动稳定性一般是不满足要求的,因此需展开纵向运动稳定性研究。本文选取支柱在中心线处倾斜角度为45°,下潜体横截面为椭圆的小水线面双体船为研究对象,将求解的运动方程中的水动力系数代入Routh稳定性判据中,检验其在设计航速下的纵向运动稳定性是否满足。并在设计航速下,对其在不同海况下的迎浪垂荡和纵摇进行运动仿真分析,得到其在设计航速下的不同海况中的运动姿态。
【关键词】：小水线面双体船 耐波性 纵向运动稳定性 SESAM
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.32;U674.951
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 小水线面双体船的特点及发展史14-18
• 1.2.1 小水线面双体船的特点14-15
• 1.2.2 小水线面双体船的发展史及建造情况15-18
• 1.3 耐波性理论研究综述18-20
• 1.4 国内外小水线面双体船耐波性研究现状20-22
• 1.4.1 SWATH耐波性的国外研究现状20-21
• 1.4.2 SWATH耐波性的国内研究现状21
• 1.4.3 纵向运动稳定性研究21-22
• 1.5 本文的主要工作22-24
• 第2章 耐波性理论24-31
• 2.1 坐标系的建立24-25
• 2.2 浪向角定义25-26
• 2.3 入射波的描述26
• 2.4 运动方程26-30
• 2.4.1 质量矩阵27
• 2.4.2 附加质量和阻尼系数27-28
• 2.4.3 回复力矩阵28
• 2.4.4 船体所受流体力28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 小水线面双体船在规则波中的运动响应31-59
• 3.1 Wasim软件简介31-36
• 3.1.1 软件计算流程31-32
• 3.1.2 时域收敛控制32-33
• 3.1.3 空间离散化控制33-35
• 3.1.4 仿真软件的验证35-36
• 3.2 小水线面双体船在规则波中的运动36-38
• 3.2.1 响应函数37-38
• 3.2.2 运动响应特征值38
• 3.3 小水线面双体船主尺度参数及计算参数设置38-43
• 3.3.1 小水线面双体船主尺度参数38-41
• 3.3.2 主要计算参数设置41-43
• 3.4 小水线面双体船在波浪中的运动响应计算43-58
• 3.4.1 支柱倾斜角度对SWATH耐波性影响分析43-46
• 3.4.2 下潜体横截面形式对SWATH耐波性影响分析46-52
• 3.4.3 支柱位置对SWATH耐波性影响分析52-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第4章 小水线面双体船在不规则波中的运动响应59-73
• 4.1 海浪谱59-62
• 4.1.1 常见的波能谱60-61
• 4.1.2 方向波谱61-62
• 4.2 短期预报62-69
• 4.2.1 谱矩62-63
• 4.2.2 响应方差63
• 4.2.3 响应协方差63-64
• 4.2.4 响应极值64-69
• 4.3 长期预报69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 小水线面双体船纵向运动稳定性研究73-84
• 5.1 静水中的运动稳定性73-74
• 5.2 小水线面双体船纵向运动稳定性方程及求解74-75
• 5.3 纵向运动的三个特征参数75-76
• 5.4 纵向运动稳定性判定及运动仿真分析76-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 本文的主要工作及结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 附录89-101
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和取得的科研成果101-103
• 致谢103-104
• 详细摘要104-108

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本文编号：711387