限制水域船舶纵向下水的动力学分析

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1、50卷第4期（总第188期）中国造船Vol.50No.4(SerialNo.188)2009年12月SHIPBUILDINGOFCHINADec.2009文章编号：1000-4882(2009)04-0061-06限制水域船舶纵向下水的动力学分析1211李辉，于辉，李学菊，任慧龙（1.哈尔滨工程大学多体船国防重点实验室，黑龙江哈尔滨，150001；2.海军装备部驻沈阳地区军事代表局，辽宁，沈阳，110031）摘要为了对限制水域内船舶纵向下水运动进行完整而准确的预报，考虑兴波阻力、粘性阻力、锚链力、钢缆力、水流力、横向

2、侧推力的动力效应以及不对称水域等因素对下水运动的影响，针对下水各阶段建立了船体运动模型，提出了一种较为完善的限制水域内下水运动理论计算方法。采用该方法对一艘45000吨化学品/成品油轮的下水运动进行了预报，并与实船下水测试结果进行了比较分析。结果表明，此方法可以较好地模拟船舶下水运动，为分析和判断船舶下水的安全性提供了依据。关键词：船舶、舰船工程；限制水域；船舶纵向下水；运动预报；动态力；实船下水测试中图分类号：U000.00文献标识码：A0前言船舶下水是船舶建造中的一个重要工艺过程。随着造船行业的发展，下水形式呈现

3、多样化趋势。由于历史的原因，船台纵向重力式下水仍在我国很多船厂广泛使用，研究这种下水方式的运动过程对提高其安全性具有重要的实际意义。在大型船舶下水过程中，由于船台长度和水域等复杂因素的影响，时常发生事故，造成船体结构[1]变形甚至破坏。在限制水域内，船体可能会与对岸发生碰撞；在水流力和不对称水域的影响下，船体横向的运动过大，会导致船体与侧向岸壁碰撞。因此必须准确了解船舶在下水过程中的运动状态，[2]合理制定下水工艺，以提高船舶下水的安全性。目前有很多关于船舶下水问题的文献，但是大部分只研究了船体开始下滑到完全脱离滑道

4、这一过程，既没有计算全浮阶段也没有详细考虑动态力和水域[3~5]对船舶下水过程的影响，不能了解船体下滑全过程中具体的船舶运动状态。文献[6~8]对下水过程一些动态力进行了分析，但不够全面。为了提出一种更为完善的限制水域内船舶下水运动预报方法，在本文中既考虑船舶下水纵向运动，也考虑横向飘移，并对船舶下水过程中的每个阶段（包括全浮过程）都建立了详细的运动模型，考虑各种动态力对船舶下水运动的影响。对一艘45000吨化学品/成品油船的下水过程进行了计算，与实际测量结果比较表明，计算值与实际值符合良好。收稿日期：2008-01

5、-30;修改稿收稿日期：2009-11-1062中国造船学术论文1船舶纵向重力式下水的运动分析[9]根据船舶纵向下水的特点，将船舶下水的整个过程划分为紧密相接的四个阶段，分别为：船体在空气中的滑行阶段；船舶从艉部接触水面到船艉开始起浮的阶段；船舶从艉浮到全船完全脱离滑道的阶段；船舶从全浮到停止运动的阶段。当船体在空气中滑行时，船舶受到船舶自身重力mg、滑道对船体的支持力N和滑道对船舶的摩擦力F的作用。因此，第一阶段的船体运动方程为：f2⎧dx⎪mNF=−sinααcos2f⎪dt⎨(1)2⎪dzmm=−gNFcosα

6、−sinα⎪⎩2fdt式中α为滑道倾角。当船体的艉部开始入水后，船体的受力变得复杂。在第一阶段受力的基础上又增加了浮力F、粘B性阻力F、兴波阻力F、水流力F以及由于水域不对称引起的侧向水压力F的作用。此阶段船DWlC舶不再做匀加速直线运动，当船体受到的浮力矩和兴波阻力力矩大于重力矩和粘性阻力力矩时第二阶段结束。第二阶段的运动方程为：2⎧dx⎪()smN+=−−−λαincFoscαFosαF112fDwdt⎪2⎪dy⎨()()mF+=λβ+Fcos(2)222lC⎪dt⎪2dz⎪()mm+=λg−−NcosααF−−

7、FsinsFinα332BDf⎩dt式中，λ、λ、λ分别为x、y、z方向的附加质量，β为船体绕首支点的横向转角。112233兴波阻力：1dx2FC=ρS()WW2dt粘性阻力：1ddx22zFC=+ρS[()()]DD2ddtt水流力：1dy2FCS=ρ()'ll2dt此处C、C、C分别为兴波阻力系数、粘性阻力系数、水流力系数，S为船体湿表面积，S'为WDl船体湿表面积侧投影。在船舶下水过程中，船体两侧将产生复杂的波浪。由于要准确模拟波浪存在较大的困难,所以近似认为船体下水后所排开水的体积在船体两侧平均分配。若下水区

8、域对称，则认为船体两侧所产生的侧向力相互抵消。若下水区域为非对称区域（一侧宽广，另一侧狭小），则认为宽广水域一侧排开水体即刻流走，另一侧水体将以正弦波的形式作用在船体上，产生侧向推力。侧向推力的表达式为：2FgCC=ρhL2(3)式中h为正弦波波高，L为侧向推力对y轴的力臂。c50卷第4期(总第188期)李辉，等：限制水域船舶纵向下水的动力学分