非定常操縱運動船體水動力數(shù)值計算.pdf

1、船舶操縱性主要研究的是船舶保持和改變其航速、航向及位置的能力，是船舶重要的航行性能之一，與船舶航行的安全性和經濟性有著密切的聯(lián)系。為了保證船舶航行安全，必須對船舶操縱性能進行預報。
　　預報船舶操縱性能的一種重要方法是數(shù)學模型（即船舶操縱運動方程）加計算機模擬的方法，采用該方法，需要確定操縱運動方程中的水動力導數(shù)。目前在確定操縱運動水動力導數(shù)方面，約束模型試驗是公認為最可靠的方法，該方法由某種機構帶動船模在水池中進行特定的運動，同

2、時測定作用在船模上的水動力和水動力導數(shù)，之后建立船舶操縱運動數(shù)學模型，并用計算機求解數(shù)學模型，計算船舶在各種機動下的運動狀態(tài)，得到用于表征其操縱性的特征參數(shù)。平面運動機構(PMM)是約束模型試驗中功能較全面的一種試驗裝置，它可以測定各種速度導數(shù)、角速度導數(shù)、加速度導數(shù)和耦合導數(shù)。但是模型試驗有其本身的缺點：試驗費用高、周期長，不便于改變船型數(shù)據(jù)和船體幾何形狀進行操縱性優(yōu)化設計，其試驗結果也不宜用于不同浮態(tài)及裝載條件下的操縱性能預報，而且

3、尺度效應無法消除。
　　隨著計算機科學技術的快速發(fā)展，計算流體動力學(CFD)技術應用于解決船舶操縱性問題已成為可能。通過應用CFD技術數(shù)值模擬約束模型試驗的流場，求得作用在船模上的水動力和水動力導數(shù)，可以克服試驗方法耗時、費用高的缺點，也便于通過修正船型及操縱裝置對操縱性進行優(yōu)化設計；而當把 CFD技術應用于實尺度流場數(shù)值模擬時，能夠避免尺度效應。
　　本文采用CFD方法數(shù)值模擬約束模型試驗中PMM試驗船體周圍的粘性流場，

4、計算船體所受的水動力和水動力導數(shù)，包括純橫蕩運動和純首搖運動；考慮到問題的復雜性，計算中忽略了自由表面興波、附體、船體浮態(tài)改變等因素的影響。論文以KVLCC1大型油輪為研究對象，對深水和淺水中的PMM試驗純橫蕩運動及淺水中的PMM試驗純首搖運動粘性流場進行了數(shù)值模擬，計算了作用在船體上的橫向力和首搖力矩，分析了航速、搖蕩幅值和搖蕩頻率對水動力的影響，并分析討論了非定常操縱運動船體周圍流場特點；通過將計算結果與現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)進行對比，驗證