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1、第11卷第3期大连水产学院学报Vol.11No.31996年9月JOURNALOFDALIANFISHERIESCOLLEGESep.1996大风浪中渔船的安全性评估*王云天古文贤(大连水产学院海渔系)(大连海事大学)摘要通过对我国主要海洋渔场东、黄海波浪的统计分析,选出适用于我国海区的风浪谱,并以此为基础给出渔船在不同状态下的运动响应方程.通过计算以谱的形式给出了各种海况下渔船摇摆的幅值.由于各方向上的运动对船舶安全的影响程度不同,根据渔船设计标准及实践经验,给出各运动幅值及稳性状态的判别标准,建立评
2、估方程,用特征向量法确定评估系数,最后根据评估结果选出不同海况下最安全和最危险的浪向角及航速.关键词安全性评估;风浪谱;船舶响应中图分类号U661近年来,随着海洋捕捞业的迅速发展,渔船数量不断增加,航行及作业海区也从几十米深的近岸转向百米以上的深水区,甚至与商船一样跨洋航行.由于渔船吨位小,风浪中的摇荡很大,同时还要进行捕捞作业,因此其危险程度比商船大得多.近年来渔船在大风浪中海损事故率很高,究其原因除了人为因素外,多数情况是由于渔船处在不利的浪向角和航速上,如横浪和斜顺浪等,若能根据船舶尺度特征及作业
3、海区的海况给出安全范围及最佳、最危险浪向角和航速,对保障渔船航行及作业安全将起到指导作用.笔者即从这一角度出发对渔船风浪中航行做出了定量的评价.1渔船在波浪中的响应模型渔船在波浪中的运动为六个自由度的摇荡运动,本文只考虑对安全性影响最大的三个运动:纵摇j、升沉Z及横摇h.1.1规则波中的响应方程(m+A11)Z+A12Z+A13Z+A14j+A15j+A16j=Fccosket+Fssinket(1)(Jyy+A21)j+A22j+A23j+A24Z+A25Z+A26=Mccosket+Mssinket
4、(2)22h+b1h+b2
5、h
6、h+nhh=nhae0sinkt+Mf/(Jh+ΔJh)(3)式中:m船舶质量;Jyy船舶纵向惯性矩;收稿日期:1995-12-15*王云天:1962年生,男,讲师,大连11602416大连水产学院学报第11卷A11,A21各切片的附加质量和附加惯性矩;A12,A22各切片与运动线速度或角速度相关的阻尼系数;A13,A23各切片的复原力矩或复原力矩系数;Fc,Fs,Mc,Ms为各切片的波浪扰动力和扰动力矩.[1]上述各水动力参数均可由切片法求得.b1,b2线性和非线性横摇
7、衰减系数;2nh=Dh/(Jh+ΔJh)横摇自摇频率;Jh,ΔJh横摇贯性矩和附加质量惯性矩;Mf风倾力矩;12Mf=ACpdaUaLf2式中:A水线面上侧投影面积;Cp风压系数,取1.0～1.2;2da=1.226(kg/m)空气密度;[2]22Ua相对风速Ua=Uw+V+2VUwcosU;Lf风倾力臂,通常为风力作用中心到1/2吃水的距离;[3]ae0有效波倾角振幅;kke=k(1+cos_)遭遇频率;g式中:k波浪圆频率,_浪向角.1.2不规则波中摇荡的计算由于实际海浪是一随机过程,因此渔船在风浪
8、中的摇摆也是不规则的随机过程.其运动幅值,周期等特征量是随机变量,在线性理论假设下可应用迭加原理把不规则波中摇荡看成是由无数不同频率规则波的线性迭加,这样可以用谱分析的方法来研究船在不规则波中的摇荡特征.由规则波计算可得三个方向上摇荡的频率响应函数(RAO)j,(RAO)Z,[4](RAO)h.则风浪中纵摇、升沉、横摇谱为Si(ke)=(RAO)iS(ke)i=j,Z,h(4)式中:S(ke)为遭遇风浪谱.相应的方差谱和幅角统计值:方差谱mi0=∫Si(ke)dkei=j,Z,h(5)-平均摇幅i=1.
9、25mi0(6)有义摇幅i1/3=2.0mi0(7)1/10摇幅i1/10=2.25mi0i=j,Z,h(8)第3期王云天等:大风浪中渔船的安全性评估171.3渔船在波浪中的动态效应由于渔船在波浪中的摇荡,会产生垂向加速度、甲板上浪、砰击、失速或阻力增加及飞车等动力效应,这些动力效应值的大小直接影响船舶的安全,因此必须予以考虑.(1)垂向加速度和相对运动切片绝对垂向运动的位移方差∞2mozx=∫(Zxa/Ya)S(k)dk(9)0切片相对运动的位移速度方差∞2mozr=∫(Zra/Ya)S(k)dk(1
10、0)0∞2movr=∫(Vra/Ya)S(k)dk(11)0式中:Zxa,Zra,Vra分别为绝对升沉幅值,相对升沉幅值和相对运动速度,上述值均可由[4](1)、(2)联立求得.Ya为波幅;S(k)为风浪谱.(2)甲板上浪概率-2P=exp[-f/(2mozr)](12)-式中:f=f-fs为有效干舷;f为切片处干舷;fs为静水中航行时兴起的船首波高,由小林正典的估算公式求得fs=Yfexp[0.35(a-1)]cos[2c(1-a)/(7
