基于AQWA与理论计算相结合的船波运动研究.pdf

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1、基于AQWA与理论计算相结合的船波运动研究[刘正国][武汉理工大学交通学院，430063][摘要]在分析船舶在波浪中运动的三维线性势流理论的基础上，介绍了基于势流理论的数值计算方法，用理论推导了船体纵向剖面船波相对运动表达式，对某宽扁肥大型江海直达船进行了运动仿真研究并结合推导式进行了船波相对运动的运动影响参数研究。仿真分析中，船体网格大小变化对仿真结果影响很小，运动仿真结果与试验结果取得很好的一致性并达到一定的工程精度，船体重心高度对船波相对运动影响不明显，纵向惯性半径和航速对船波相对运动影响较大，每个航速下都会有不同

2、惯性半径对应的相对运动峰值，峰值与航速呈线性关系。[关键词]势流理论；数值计算；江海直达船；船波相对运动Researchonrelativemotionbetweenship’waterplaneandwave-surfacebyusingAWQAprogramandtheoreticalcalculation[Zhenng-guoLIU][SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,430063][Abstract]Threedimensionalpotenti

3、alflowtheoryandnumericalcalculationmethodwhichareusedforshipmotionanalysisinwaveareintroduced.Anexpressionusedforcalculatingrelativemotionbetweenship’swaterplaneandwave-surfacewasgotbytheoreticalderivation.AtypicalmotionsimulationwascarriedoutonRiver-to-Seashipus

4、ingAQWA,andthemotionbetweenship’swaterplaneandwave-surfacewascalculated.Studieshaveshownthatunitsizehavelittleimpactonaccuracy,motionsimulationresulthasgoodconsistencywiththetestresultandachievedhighaccuracyinengineering.Theinfluencetotherelativemotioncausedbyhei

5、ghtofgravitycenter,radiusofinertiaandspeedwasstudied.Asignificantformulawasobtained.[Keyword]potentialflowtheory;numericalcalculationmethod;River-to-Seaship;relativemotionbetweenship’swaterplaneandwave-surface.1前言在波浪中航行的船舶受波浪的作用而产生与波面之间的相对运动，当这种相对运动达到一定的程度会造成船底出水

6、，船底出水再入水时，船体结构从低密度的空气介质瞬间进入较高密度水介质，这时会在船底产生瞬间冲击压力，并伴随水花飞溅，这种现象通常被称为船底砰击。砰击产生的冲击压力使船体结构发生振颤响应，轻则影响船员不适，重则导致船体结构失效破坏，所以砰击是需要避免的。船底砰击在浅吃水肥大型船中发生的概率较大。目前随着我国长江流域经济的高速发展，大吨位的江海直达船有了它新的生命力，江海直达船换代开发研究成为了一个重要的课题，江海直达船受内河航道的限制，呈现出宽扁肥大的特性，并迫使加大船长和船宽的办法成为提升江海直达船的运输吨位的主要途径，

7、这种做法直接导致船体变得更为宽扁，砰击的危害变的更为严重。另一方面江海直达船在海段航区由于吃水较浅容易造成船艏出水而产生砰击。作为船底发生砰击的必要条件之一即是船底出水，因此若能够保证船底不出水，或出水概率较小，就能大大减少砰击发生的可能，其危害就得到了避免。因此研究船体与波面的相对运动，掌握其相对运动规律和影响因素对避免砰击有十分重要的意义。本文用基于势流理论的AQWA软件仿真和理论分析相结合的办法对某江海直达船的船波相对运动进行了计算分析和研究。主要研究了影响船波相对运动的规律和影响参数。2基本理论2.1坐标系xbη

8、Yybzz6byη4xηG2ybUtoGβ波浪传播方向Xyo3OG'ηYyzbGx,XOoη1x5bη（a）坐标系（b）刚体运动模态图1描述船舶运动的坐标系和船体刚体运动模态1如图1（a）所示，为描述波浪、流场和船体运动关系引入三个右手坐标系：空间固定坐标系O-XYZ。原点设在未扰动的水平面上，Z轴垂直水平面向上；随