船舶纵摇与垂荡.ppt

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1、第四章船舶纵摇与垂荡4.1船舶在规则迎浪中垂荡的与纵摇4.1船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇进退横摇、横荡、首摇纵摇、垂荡横向运动纵向运动船舶运动纵向运动特点：1。考虑波浪曲率影响2。耦合运动大3。运动幅值小，适用线性理论4。阻尼力矩大，阻尼的粘性成分小，主要是线性兴波阻尼。船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇一、简化计算所作的假定：1.船舶航速等于0，遭遇浪向角为180，迎浪状态。2.不考虑垂荡和纵摇的耦合影响。3.基于傅汝德——克雷洛夫假定：船体存在对波浪没有影响，是一个虚拟表面，波浪可以自由穿透。4.以有效波面来代替水表面波面。有效

2、波面是某一吃水dm处的次波面，可表达为下式：dm——有效波面处吃水，可取dm＝σd，d为船舶吃水。σ为该剖面面积系数5.船体作为细长体，对各个横剖面做2元问题处理，即平面流假设——流动只有沿切片平面内流动，与横剖面切片垂直方向没有流动。一、简化计算所作的假定：船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇船体切片近似船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇船体切片近似对每一切片来讲，流动是二维的，相当于无限长柱体在流场中的绕流问题。船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩1.垂荡的主干扰力根据假定，垂荡的主干扰力等于船体在波面下的浮

3、力与平静水线下的浮力差。微元体二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩1.垂荡的主干扰力如上所示，将微元体沿船长积分可垂荡主干扰力。其中：水线面面积修正系数船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇2.纵摇的主干扰力矩二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩将上图微元体的垂荡干扰力的主要部分对Gyb轴取矩，然后沿船长积分：其中：水线面积过船重心横轴的惯性矩修正系数船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解1.垂荡运动方程及解运动方程：其中：整理船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解1.垂荡运动方程及解运动方程

4、解为：其中：垂荡放大因数可记为船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解2.纵摇运动方程及解运动方程：其中：整理船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解2.纵摇运动方程及解运动方程解为：其中：纵摇放大因数可记为船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇四、船舶在规则迎浪中垂荡与纵摇的运动特点1.同横摇相比，纵摇与垂荡运动一般比较小，所以线性假设是合理的。2.波长与船长比（λ/L）对纵摇和垂荡影响很大。放大因数的峰值发生在1＜λ/L＜2.5范围内，以及波浪扰动力矩频率等于运动的

5、固有频率（共振）。λ/L对垂荡、纵摇的影响船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇四、船舶在规则迎浪中垂荡与纵摇的运动特点3.因为船尾形状不对称，故船在迎浪航行时发生垂荡和纵摇的耦合影响，上述推导内容只是定性分析。4.船速对船舶迎浪航行的垂荡和纵摇运动影响很大。航速对垂荡与纵摇运动的影响如图：第三章船舶在不规则波中的摇荡4.2船舶在不规则波中的垂荡和纵摇船舶在不规则波中的垂荡与纵摇1。船舶在不规则迎浪中的垂荡与纵摇其中：垂荡运动谱纵摇运动谱1。船舶在不规则迎浪中的垂荡与纵摇例题已知:ζ1/3=4m；V=6.37M/S由模型试验迎浪纵摇频率

6、响应函数，求：试用ITTC单参数谱计算纵摇角统计值。海浪谱遭遇频率频率响应函数纵摇运动谱纵摇角统计值计算纵摇角统计值：三一纵摇角方差修正零阶矩二阶矩四阶矩十一纵摇角纵摇平均周期谱宽参数例题2。船舶在不规则迎浪中的纵摇特点a、不规则波中的船舶纵摇平均周期由于纵摇阻尼比较大，使频率响应函数的峰值不突出，在较宽的频率范围内平缓变化，同时波浪频率也是在一个较宽的频率范围内变化，船的纵摇响应与波浪的各个频率的单元波的大小分布有关。计算表明：船舶在不规则波中的纵摇平均周期接近于不规则波的平均周期。船舶在不规则波中的垂荡与纵摇2。船舶在不规

7、则迎浪中的纵摇特点b、船速对纵摇的影响船舶在不规则波中的垂荡与纵摇遭遇海浪谱纵摇频率响应函数2。船舶在不规则迎浪中的纵摇特点b、船速对纵摇的影响条件如下：某船在8级风下，完全发展的波浪中迎浪前进。航速为0、18kn、36kn时该船的纵摇能谱曲线如上所示，该船纵摇固有频率为1.3s-1。船舶在不规则波中的垂荡与纵摇2。船舶在不规则迎浪中的纵摇特点b、船速对纵摇的影响（续）船速为0时，曲线的峰值对应频率偏离纵摇的固有频率较远。原因是低频波幅较大，并非共振原因。航速增大峰值移向中频区，随着航速增大其峰值趋向固有频率。但是航速增大到一

8、定程度，峰值变得越来越平坦且出现在固有频率更高的地方，纵摇运动又会减小。结论：船舶在不规则波浪中迎浪航行时，有一最佳速度范围，使纵摇较小。船舶在不规则波中的垂荡与纵摇3.谐摇状态与临界状态当遭遇周期等于纵摇固有周期或垂荡固有周期将发生谐摇。对于纵摇和垂荡，规则波对波浪扰动力的