船舶纵向运动的理论预报与研究

摘要

在船舶水动力学领域,势流理论仍然是船舶在波浪上的运动响应中普遍采用的基本理论,在工程应用中也得到了较快的发展。本文主要研究了船舶纵向运动的理论预报方法,且针对以下几个方面开展了研究工作:
　　(1)切片理论是船舶运动预报的主要方法,本文结合Frank源分布法来计算二维流体辐射速度势,并在频域内求解中、低速船舶在波浪上航行时的运动响应。通过和文献上的单体和双体模型的试验值的比较,本文的计算结果基本上满足精度要求。在此基础上,本文还计算了有限水域的情况。对水深、船型参数、浪向角等因素对Wigley船的运动响应的影响进行了计算和分析。同时,本文也对二维半理论用于高速船舶的运动预报进行了研究,并计算了Wigley船的水动力系数。
　　(2)讨论了二维频域有限水深自由面格林函数的数值解法,其中,格林函数的主值积分存在奇异性且有两个奇异点。本文分析了每个奇异点的特征,并采用加减一个可积的调和函数来消除其奇异性。在积分方法上,本文选用自适应的Gauss-Kronrod积分法,其对高振荡型的积分收敛速度快,能满足精度需要。与文献结果的对比表明,用本文的计算方法所求得的水动力系数与文献的计算结果(或实验结果)还是比较吻合的。
　　(3)讨论了三维无限水深频域和时域Green函数与相应的二维格林函数的联系。通过将三维格林函数进行一定的变形,可以将半无限积分区间转化为有限区间,被积函数可以由复指数函数或复误差函数来线性表达。采用一般的积分公式来进行计算。当场点与源点都在自由面上时,三维时域格林函数及其偏导数在自由面上是发散的,本文在已有文献结果的基础上推导了时域格林函数偏导数的极限值。

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1 概论

1.1 船舶运动与波浪载荷理论研究综述

1.2 本文的研究内容

2 船舶运动预报频域方法

2.1 非定常扰动势的定解条件

2.2 二维辐射问题及其求解方法

2.3 船体水动力系数的计算

2.4 流体载荷的计算

2.5 二维半理论解法简述

2.6 本章小结

3 计算程序及算例

3.1 单体半圆柱剖面在静水中振荡

3.2 双体柱体剖面在静水中振荡

3.3 迎浪中Wigley的水动力系数及运动响应（无限水深）

3.4 船型参数及浪向角对Wigley船运动的影响

3.5 有限水深下Wigley船的水动力系数

3.6 双体船的运动预报

3.7 本章小结

4 格林函数的计算及分析

4.1 二维有限水深频域格林函数的计算

4.2 二维有限水深时域格林函数的计算

4.3 三维无限水深频域格林函数的计算

4.4 三维时域格林函数的数值计算

4.6 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读学位期间发表论文

附录Ⅱ 部分计算结果