船舶耐波性理论在航海中应用的探讨

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1、船舶耐波性理论在航海中应用的探讨沈四林摘要：对半个世纪以来，船舶耐波性理论的发展以及在造船中的应用作了概括地回顾，并对该理论应用于航海技术作了探讨，这将对航海技术的发展提供有价值的参考．关键词:船舶；运动状态；耐波性理论分类号:U661.323；U661.338　　　文献标识码：A　　文章编号：1006-7736(1999)04-0026-05Adiscussionontheapplicationofship'sseakeepingtheorytonavigationSHENHua(NavigationCollege,Da

2、lianMaritimeUniv.,Dalian116026,China)Abstract：Inthispaper,theauthormakesabriefsummaryofthedevelopmentofship'sseakeepingtheoryanditsapplicationstoshipdesignandbuildinginthepasthalfcentury,anddiscussesthepossibleapplicationsofthetheorytoshipnavigation.Theauthorhopes

3、thatitwillbeofvaluetopromotethedevelopmentofnavigationtechnique.Keywords:ship;stateofmotion;seakeepingtheory　　船舶的航海性能包括：浮性，稳性，抗沉性，强度，快速性，操纵性以及抵抗甲板上浪，抵抗拍底和抵抗螺旋桨出水等，甚至还包括船上的设备，仪器和人的适应性．从广义上来讲，船舶耐波性可以理解为保证船舶能在海上安全航行，并保持完成各项基本营运任务的各种航海性能的综合．船舶耐波性理论为预报船舶在海上的运动状态提供了一种途径

4、和方法．1　半个世纪来船舶耐波性理论发展的回顾　　1952年,丹尼斯和皮尔逊［1］将无线电噪音的理论应用于海浪，概率统计方法和谱分析成为研究不规则海浪的基本工具和手段，并开始把船舶运动看作为对海浪的一种响应．在这之前，各国学者主要是研究船舶在静水及规则波（波形为余弦曲线）中的运动．把不规则海浪和规则波联系起来的是皮尔逊海浪模型，波面升高式中，ω，ε分别为规则波的频率和随机相位（0～2π）;A（ω）为波浪振幅谱;g为重力加速度.这个模型表明不规则海浪可以用无限个带有随机相位不同频率的规则波的叠加表示，同时，它还表明海浪的瞬时

5、波面升高服从正态分布，进而可以证明海浪的幅值和波高服从雷利分布．应用概率论方法，可以计算出满足所需安全保证率要求的最大设计波高,这将是估计船舶在波浪上受力和运动的主要的依据．　　海浪谱表示波浪内部的结构，不同频率成分规则波所具有的能量，根据线性系统响应的原理，它同船舶运动谱之间有如下的关系式中，Sζ（ω）为海浪谱；H1（iω）称为系统运动频率响应函数，它表示船舶输入和输出的特性．显然，获得系统运动频率响应函数就可以解决船舶在不规则海浪上的运动问题．1955年，科文.克劳科斯基应用流体动力学提出“切片理论”计算船舶的升沉和纵

6、摇运动．以后，经渡边惠弘，格里兹玛，田才福造等人的不断改进.到70年代，新的“切片理论”成为预报船舶在波浪上摇荡性能的主要工具．因此，船舶的频率响应函数不但可以从模型试验得到，也可以用理论计算方法得到．根据船舶运动谱，可以预报船舶运动的各种特征参数．这就是谱分析方法应用于船舶运动研究的思路．　　波浪弯距是确定船舶在波浪上总纵弯矩的关键问题．过去的强度规范是以标准波为基础，计算波浪（坦谷波形为标准波形）对船体的作用力．实际上,船舶在随机的海浪中航行时，波浪弯矩也是随机的，因此更为准确的办法是采用概率论的方法，确定波浪弯矩沿船

7、长分布的规律和最大可能发生的波浪弯矩数值．1967年莫尔［2］发表了船模波浪弯矩的试验结果，1972年又发表了波浪弯矩有义幅值的计算公式．以后，刘易斯、奥奇等人根据波浪弯矩长期分布的谱密度，估计出船舶使用寿命期中可能发生的最大波浪弯矩值，作为可以接受的船体纵向强度破坏的概率设计标准［3］．目前，这个方法已被各国船级社采纳，成为指导船体结构设计的理论基础．　　在恶劣天气中，由于出现了甲板上浪，拍底和螺旋桨出水等问题，为了保证船舶的安全，将人为地降低航速或改变航向．船舶在恶劣天气发生甲板上浪，拍底和螺旋桨出水事件的统计特性可应

8、用耐波性理论方法进行预报．船舶在航行中发生上述现象取决于波浪与船舶的相对速度，并存在最小临界速度．在对船舶临界航速估算这方面，先后有奥奇、迈克尔、刘易斯、艾特森、北泽和细田等提出一些估算公式［4］．这些公式基本上都是以大风浪中发生甲板上浪，拍底和螺旋桨出水的概率超出一定界限为依据．例如，北泽和细田对集装