第二章船舶在规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件

《第二章船舶在规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章船舶在规则波中的摇荡研究船舶在波浪中的摇荡运动船舶在静水中摇荡运动船舶在规则波中摇荡运动船舶在不规则波中摇荡运动符合实际海况中船舶摇荡运动由浅入深重点:船舶在规则波中的线性横摇,航速航向影响.难点:考虑非线性影响的共振横摇角计算船舶在规则波中的摇荡规则波简介线性横摇非线性共振横摇角迎浪纵摇和垂荡航速、航向影响规则波要素1。质点轨圆运动2。波内压力场3。表观重力波浪扰动力矩横摇方程及解‘放大因数概念一般非线性阻尼共振角规范横摇角纵摇垂荡运动方程及解纵摇垂荡主干扰力遭遇频率概念对干扰力频率幅值影响斜斜浪斜浪中线性放大因数第二章船舶在规则波中的摇荡第一节规则余弦

2、波规则余弦波定义：波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波，而波形轮廓是余弦曲线的规则波为余弦波。余弦波的波面方程：波的空间记录波的时间记录规则余弦波一、余弦波的几何参数及参数关系波高规则余弦波二、深水条件下的参数关系规则余弦波三、波浪运动参数定义波浪运动是水质点沿圆形轨道匀速运动构成的。该运动被成为轨圆运动，轨圆运动周期即为波浪周期，它的角速度即为波浪圆频率。轨圆运动深水和浅水中的水质点轨迹深水浅水规则余弦波四、史密斯效应结论1.2.波浪下任一点动压力随深度按指数递减的规律“史密斯效应”规则余弦波五、表观重力1.流体质点受力分析质点重力离心惯性力水的支持力A2.

3、数学关系（封闭三角形）规则余弦波五、表观重力3.表观重力质点A所受的合力R其方向垂直于波面，合力沿着波面的法线方向，此合力R称为表观重力。结论：如图所示，波面上任何位置的质点的表观重力沿着波面的法向方向。第二章船舶在规则波中的摇荡第二节船舶在规则横波中的线性横摇船舶在规则横波中的线性横摇一、正横波中的波浪扰动力矩船舶受到表观重力垂直于某一深度的次波面。该次波面称为有效波面。对应有效波倾角为αm与表面波倾角的关系：其中：船舶在规则横波中的线性横摇一、正横波中的波浪扰动力矩有效波倾系数是船体形状船宽与波长之比、吃水以及重心竖向位置的函数。理论计算相当复杂，通常工程上

4、采用公式近似估算。波倾几何描述船舶在规则横波中的线性横摇一、正横波中的波浪扰动力矩（基于单纯横摇方程的受力假定）纯横波，即波峰线平行于船体中线面；船宽远小于波长；横摇角较小，符合初稳性范围；入射波流场不受船体存在的影响；船舶在规则横波中的线性横摇一、正横波中的波浪扰动力矩（确定力矩）船体固定，有效波面改变了水下体积的形状所产生的复原扰动力矩。它为波浪扰动力矩的主要部分船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解1。横摇方程：整理其中：解的分析：上述二阶常系数非齐次线性微分方程的解为其对应的齐次微分方程的通解加上原方程的一个特解。通解为静水中有阻尼横摇情况，由于

5、阻尼的存在,自由振荡随时间衰减,当t增大时只剩下特解。即为与波浪同频率的强迫振荡.船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解2。求解方程：其中：为横摇角与波倾角的相位差为波浪频率将特解对时间求一次和二次导数，原方程整理可得：船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解2。求解方程：由上可得横摇角：其中：(调谐因数)(无因次衰减系数)结论：已知无因次衰减系数和有效波倾可求横摇角。相位角：定义放大因数：横摇幅值与有效波倾之比。放大因数曲线~相位角随调协因数变化曲线船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解3。关于放大因数的讨论：物理解释：波浪很长，初稳性高

6、很大，横摇固有周期很小，横摇角等于波面角。图示：随波逐流船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解3。关于放大因数的讨论：物理解释：船处在很短的波浪上，不会发生横摇。图示：船舶在规则横波中的线性横摇二、横摇微分方程及解3。关于放大因数的讨论：物理解释：横摇的谐摇状态:波浪周期TB等于船横摇固有周期Tθ称为谐摇.此时,船的横摇运动滞后波浪90°，放大因子很大，横摇达到很大值，出现共振现象，是航行中最危险的情况。必须引起注意。横摇的谐摇状态谐摇：波浪周期TB等于船横摇固有周期Tθ称为谐摇.谐摇区：从放大因数曲线知，不仅在谐摇(∧θ=1)，放大因数很大，而且在∧θ

7、=1附近的一定范围内也是相当大的，通常称0.7＜∧θ＜1.3的范围为谐摇区.∧θ0.71.3谐摇区海洋的波浪周期是有一定范围的，根据大量的统计资料可知，波浪周期大于10s以上的比较罕见，短周期波浪出现较多。因此，在船舶设计中，必须根据船舶航行海区的波浪情况，确定船舶的固有周期。一般使船舶的固有周期尽量大些好，以避免共振横摇的发生。大致取∧θ＝(Tθ／TB)＞1．3。设计横摇固有周期例如，某海区出现的波长为60m，其波浪周期：＝6．25S，那么设计在该海区航行的船舶其横摇固有周期应为：例沿海λ=60m，T=6.2S,有效波倾αm0=4°,2μ=0.15如果Tθ=6

8、.2S,则θa=αm0/