基于实测海洋环境数据库的集装箱船耐波性预报研究

摘要

如何评价一艘船舶、特别是一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性已经成为船舶研究及设计人员需要去研究和解决的一个重要课题。过去，船舶的设计主要侧重船舶在静水中性能的研究，主要考察静水中快速性指标。但是经过大量的事实表明，静水中具有优良快速性的船舶，在风浪中的航行性能未必优良。我们知道，船舶最终是要航行在大海中的，因此，考察船舶的耐波性能应该结合其航行的实际海洋环境，主要考察它在实际的海洋环境中的性能。长期以来，船舶在风浪中航行时主要依靠一些气象航路服务指南和船长们的经验，形成一套所谓的“经验航法” ，然而由于没有理论的指导，有时会出现一些致命的失误导致一些灾难性的后果。从这一方面说也急需深入考察船舶在实际的海洋环境中的性能。但是由于在实际航行中，影响船舶耐波性的因素很多，不是单因素的影响，而是所有因素共同作用的结果，因此必须在综合考虑各种耐波性因素影响的基础上，寻找科学的耐波性综合评价方法，才能对船舶的设计与航行做出正确的指导。本文在利用已有的耐波性理论预报研究成果的基础上，开展了船舶在实海域中长期性能预报和船舶耐波性指标及其应用的研究工作。首先，从船舶在波浪上的运动机理出发，在线性化假设下，把船舶的运动看作普通的刚体运动，在切片理论的基础上，按照牛顿第二定律建立了船舶在规则波中的运动响应方程组，求出了船舶在规则波中的六个自由度的运动幅值响应函数；然后利用平稳随机过程的线性系统理论和ITTC关于海浪谱的描述建议，求解出了船舶在随机海浪中的各种耐波性因素的运动响应谱密度函数；接着利用数理统计学的知识求得出了各个耐波性因素的有义值随船舶航向、航速变化曲线，从而找出船舶的航态与其运动性能的关系；然后，结合海洋环境数据库的海浪资料，按照相关理论，对船舶在其航行路线上进行了长期性能预报计算以及分析，得到了具有指导意义的结论；最后，介绍了全面反映船舶耐波性品质的综合评价指标（船舶作业时间百分数）的计算方法，并结合海洋环境数据库的海浪资料，对船舶在其航行路线上的作业时间百分数进行了计算和分析，同样得到了具有指导意义的结论。