基于現(xiàn)實(shí)海浪譜和CFD的船舶耐波性預(yù)報(bào).pdf

1、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船舶在波浪中的各種動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外航海界、船舶水動(dòng)力學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿課題。當(dāng)前雷達(dá)測(cè)波系統(tǒng)是唯一船載能夠?qū)崟r(shí)獲取船舶所在海域波浪信息，并已獲得德國(guó)船級(jí)社和挪威船級(jí)社認(rèn)證的設(shè)備。另一方面，和實(shí)船測(cè)試、船模水池試驗(yàn)、勢(shì)流理論計(jì)算相比，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的船舶計(jì)算流體力學(xué)（Ship Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱SCFD）方法在船舶耐波性領(lǐng)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(dá)測(cè)波的現(xiàn)實(shí)海浪譜和SCFD的船舶耐波性預(yù)報(bào)新模式。SCFD是CFD的一個(gè)分支，運(yùn)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(cè)波雷達(dá)的海洋22號(hào)船為對(duì)象，獲取了大量實(shí)測(cè)海浪數(shù)據(jù)，同時(shí)采集了該船的搖蕩時(shí)歷，率先采用子波時(shí)間序列——回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)了基于雷達(dá)測(cè)波信息的10小時(shí)較精確的現(xiàn)實(shí)海浪頻譜預(yù)報(bào)。采用移動(dòng)網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格相結(jié)合的優(yōu)化的SCFD模式，進(jìn)行了目標(biāo)船在基于Jonswap譜等

3、普適譜和基于現(xiàn)實(shí)譜的船舶搖蕩對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明:現(xiàn)實(shí)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(jié)合的船舶耐波性預(yù)報(bào)和實(shí)測(cè)值吻合良好。
　　本文以優(yōu)化的SCFD模式，實(shí)現(xiàn)了船舶在中高海況下以不同航向航速航行時(shí)縱搖、垂蕩和橫搖三自由度耦合運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬，給出了縱搖、垂蕩和橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(qiáng)非線性動(dòng)力效應(yīng)與航向航速的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了砰擊、上浪監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的連續(xù)監(jiān)測(cè)，為砰擊、上

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