三体船随浪稳性数值计算方法研究

摘要

近年来,三体船作为一种新型的高性能船舶,以其优良的快速性和耐波性、良好的稳性和开阔的甲板等特点而受到业界的广泛关注。由于航速高、方形系数小,三体船在随浪航行时更易于和波浪同速前进,波面形状对其复原特性的影响更为显著,有可能造成一定的稳性损失。因此在考虑三体船稳性时,有必要对随浪中的稳性进行计算。鉴于此,作者开展了三体船在随浪中的稳性数值计算方法研究。
　　 基于NURBS理论,研究了建立NURBS船体模型的理论和方法,利用FORTRAN语言,编制了NURBS船体生成程序,通过引入NURBS理论,提高了船体型线和曲面生成的速度和精度。
　　 提出了三体船在波浪中瞬时浮态的概念,分析了不同瞬时浮态下的船波交点情况,采用离散法对NURBS船体模型和波面进行求交计算找出船波交点,从而得到了三体船在任意波面下的形状并对其几何要素进行了计算。之后,研究了在小角度变化时,用几何要素表示浮态增量的方法,为计算不同倾斜角度时的三体船浮态打下了基础。
　　 根据等效波和等效波谱理论,研究了船舶随浪航行时的计算用波浪,并对船舶随浪航行时的力学机理进行了分析,建立了三体船在随浪中的浮态方程组并研究了船舶浮态变化时浮态方程组的数值解法。在求解出船舶随浪浮态方程组的基础上,推导出了船舶在随浪中的稳性计算方法并编制了相应的计算程序。
　　 采用以上NURBS船体生成程序和稳性计算程序,首先计算了船舶在静水中的浮态和完整稳性,计算结果与理论计算结果吻合得比较好,在此基础上讨论了船型、侧体位置、侧体吃水和斜升角等船型要素对三体船稳性的影响。其后,对三体船在随浪中的稳性进行了计算并与静水中的结果进行了对比,研究了三体船随浪中的稳性损失情况,并分析了波高、波长、船波相对位置和波向角等波浪要素对三体船稳性的影响规律。最后,考察了在船型要素和波浪要素综合作用下三体船的随浪稳性变化特点。这对提高三体船稳性,保证三体船的航行安全性具有一定的指导意义。