舭龙骨设计对船舶粘性横摇阻尼的影响.pdf

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1、第46卷第1期船海工程Vo1．46No．12017年2月SHIP&OCEANENGINEERINGFeb．2017DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2017．01．003舭龙骨设计对船舶粘性横摇阻尼的影响杨朕。张利军，陈鸽，曹凯(中远船务工程集团有限公司，辽宁大连116600)摘要：根据挪威船级社关于船舶横摇阻尼计算的规定，结合北大西洋波浪环境条件，借助Sesam水动力分析软件对某带有舭龙骨的穿梭油船建立舭龙骨模型，计算分析不同舭龙骨宽度、长度和安装角度下目标船的粘性横摇阻尼和横摇运动幅值。结果表明，舭龙骨宽度对船舶粘性横摇阻

2、尼的影响较大，而舭龙骨长度和安装角度的影响较小。舭龙骨设计时，对舭龙骨的宽度参数应给予重点关注。关键词：粘性横摇阻尼；舭龙骨；横摇运动；北大西洋波浪环境中图分类号：U662文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)01-0010-04船舶粘性横摇阻尼的研究方法主要有3种：模型试验、直接数值计算和半经验公式。高精度的模型试验是确定船体粘性横摇阻尼最可靠的方法_l，但是试验成本太高，周期长。基于N．S方程的直接数值计算可行但耗时较长。而且，数值计算的可靠性有待得到普遍认可。在设计初期，图1穿梭油船计算分析模型半经验公式是被广泛采用的方法J。基

3、于舭龙义为舭龙骨面板所在的平面与水平面的夹角。骨粘性横摇阻尼的半经验公式计算法，利用Ses．am软件建立带有舭龙骨的穿梭油船计算模型，结：、、’合北大西洋波浪散布图_5j，得到横摇角的长期统、＼／／姥有计分布，进行粘性横摇阻尼线性化计算。在Ses—am软件中，总的粘性横摇阻尼是船体摩擦阻尼、舭部旋涡阻尼和舭龙骨阻尼的线性加合J。通图2穿梭油船舭龙骨安装角示意过改变舭龙骨的宽度、长度和安装角度，计算各种1．2算法状态下舭龙骨粘性横摇阻尼及其在总粘性横摇阻为了准确地计算船舶横摇共振周期处的全部尼中，以此来分析舭龙骨尺寸和安装角度对船体阻尼、除了横摇兴波阻

4、尼之外，还需要考虑舭龙骨粘性横摇阻尼的影响。阻尼，水流分离引起的旋涡阻尼，以及船体的摩擦1计算模型和算法简介阻尼等横摇阻尼成分。粘性横摇阻尼的预报基于半经验公式给出。粘性横摇阻尼系数定义如1．1船体主尺度下。穿梭油船型长262m；型宽46m；型深24．3五=(1)m；吃水16m；设计航速14．5kn。船体模型和舭式中：K为波浪频率，船型和舭龙骨尺寸及安装角龙骨模型见图1，船体模型被离散为2640个四边度的函数，由半经验公式给出；7／4max为特定的横摇形面元，网格质量满足计算精度要求。角幅值。油船中横剖面见图2，舭龙骨安装角度的定波浪中船舶6自由度运

5、动方程为MiF#+6+B44644+cisq~=F(2)收稿日期：2016—06—15式中：M浮体的质量阵与附加质量阵之和；b修回日期：2016—07—02第一作者简介：杨朕(1990一)，男，硕士，工程师为势流阻尼系数阵；B为粘性横摇阻尼系数；c研究方向：船舶与海洋工程结构物水动力分析为刚度阵；"qi为6自由度运动幅值阵；F为波浪102第0171期焦杨朕，等：舭龙骨设计对船舶粘性横摇阻尼的影响船海工程第46卷激励力阵。的总粘性横摇阻尼系数几乎是无舭龙骨船体的两海况的模拟采用PM波浪谱。倍，约为0．006。由此认为，增加舭龙骨的宽度可以有效提高穿梭油

6、船的粘性横摇阻尼。不同舭龙．s(∞)=∞4∞-5exp[一}()](3)骨宽度船体的舭龙骨阻尼占总粘性阻尼的比例见式中：为有义波高；o9为有谱峰频率。图4。当舭龙骨宽度为0．4m时，舭龙骨阻尼占短期海况下横摇角幅值的方差和概率分布为总粘性阻尼的比例已经超过了一半，约为0．56。or；=I、S(∞)1日()ldw(4)可见，在穿梭油船总的粘性横摇阻尼中，舭龙骨阻尼是最主要的成分。随着舭龙骨宽度的增加，舭p()：1~-0．5R2／cr2(5)龙骨阻尼和总粘性阻尼都增加，而且舭龙骨阻尼占总粘性阻尼的比重也增加。舭龙骨宽度从0．4式中：，为横摇幅值的标准差；

7、日()为横摇角幅In增加到0．8m，相应地，总粘性阻尼从0．005增频响应算子；P()为横摇角短期概率密度函数。加至00．006，增加了20％。结合北大西洋波浪散布图，横摇角幅值长期O07概率分布P(尺)为006肘K0O5P()=1一∑∑exp[一0．5R／()]p(6)004003002横摇角一是末知，其值由选取的波浪散布O01图决定。粘性横摇阻尼通过迭代求解j。迭代步骤简述如下。1)给定叼初值，计算粘性横摇阻尼系数。2)进行船体6自由度运动分析。盟3)根据北大西洋波浪散布图，计算横摇角长摆期统计特性，得到超越概率为10的横摇角幅踊＼凹值。4)比较

8、1)步与3)步中的横摇角，如果2者相差小于1％，停止迭代；否则，取2者的平均值，作为下次迭代的初值，直至迭代