基于現(xiàn)實海浪譜和CFD的船舶耐波性預報.pdf

1、準確預報船舶在波浪中的各種動態(tài)響應，是現(xiàn)今國內(nèi)外航海界、船舶水動力學界關注的熱點和前沿課題。當前雷達測波系統(tǒng)是唯一船載能夠實時獲取船舶所在海域波浪信息，并已獲得德國船級社和挪威船級社認證的設備。另一方面，和實船測試、船模水池試驗、勢流理論計算相比，具有獨特優(yōu)勢的船舶計算流體力學（Ship Computational Fluid Dynamics，簡稱SCFD）方法在船舶耐波性領域取得了豐富成果。本文充分汲取了上述兩方面的研究成果，提出了

2、基于雷達測波的現(xiàn)實海浪譜和SCFD的船舶耐波性預報新模式。SCFD是CFD的一個分支，運用范疇較窄，因此本文的題目仍用“CFD”表述，以避免誤解。
　　據(jù)此，本文以裝備測波雷達的海洋22號船為對象，獲取了大量實測海浪數(shù)據(jù)，同時采集了該船的搖蕩時歷，率先采用子波時間序列——回聲狀態(tài)網(wǎng)絡方法，實現(xiàn)了基于雷達測波信息的10小時較精確的現(xiàn)實海浪頻譜預報。采用移動網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格相結合的優(yōu)化的SCFD模式，進行了目標船在基于Jonswap譜等

3、普適譜和基于現(xiàn)實譜的船舶搖蕩對比試驗。結果表明:現(xiàn)實譜明顯優(yōu)于普適譜;優(yōu)化的SCFD模式有較高的可信度;兩者相結合的船舶耐波性預報和實測值吻合良好。
　　本文以優(yōu)化的SCFD模式，實現(xiàn)了船舶在中高海況下以不同航向航速航行時縱搖、垂蕩和橫搖三自由度耦合運動的數(shù)值模擬，給出了縱搖、垂蕩和橫搖運動響應譜。研究了中高海況下船舶的上浪、砰擊和增阻問題，給出了這些強非線性動力效應與航向航速的關系。實現(xiàn)了砰擊、上浪監(jiān)測點處的連續(xù)監(jiān)測，為砰擊、上

4、浪發(fā)生的次數(shù)和強度研究提供了定量分析的依據(jù)。
　　船舶隨浪運動的純穩(wěn)性喪失一直是船舶耐波性研究中的難點問題，也是國際海事組織(IMO)關注的課題。本文基于SCFD方法，對隨浪純穩(wěn)性損失最嚴重的情況——“騎浪”（波長等于船長，波峰位于船舯）時的穩(wěn)性進行研究，對船模在靜水及2種不同規(guī)則波波高中騎浪的流場進行了數(shù)值模擬，得到了船舶穩(wěn)性曲線。結果表明:船舶騎浪航行時，波傾角越大，純穩(wěn)性損失越嚴重;騎浪航行時航速較高，船行波的影響不可忽略。