舰艇在海浪作用下的扰动仿真分析.pdf

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1、第39卷第3期舰船科学技术Vol.39,No.32017年3月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYMar.,2017舰艇在海浪作用下的扰动仿真分析朱世勇(海军驻上海江南造船(集团)有限责任公司军事代表室，上海201913)摘要:实际海洋环境中舰艇受到多种因素的作用，对舰艇的操纵控制、船舶运动等方面产生了影响。本文基于非规则长峰波的数值仿真，提出舰艇在波浪影响下干扰力的计算方法。从频谱分析角度出发分析舰艇干扰力的主要影响因素，为仿真舰艇在海洋环境下运动提供思路。关键词：长峰波；波浪干扰力中图分类号：U6

2、61文献标识码：A文章编号：1672–7619(2017)03–0046–03doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2017.03.009NavalshipforcesimulationduetowavedisturbanceZHUShi-yong(NavalMilitaryRepresentativeOfficeinJiangnanShipyard(Group)Co.Ltd.,Shanghai201913,China)Abstract:Navalshipmaneuveringandmotio

3、nisinfluencedbymanyfactorsinactualoceanenvironment.Basedonthenumericalsimulationoflong-crestedirregularwave,thispaperproposesthecalculationmethodofwavedisturbancetonav-alship.Basedonthespectralanalysis,weanalysisthemainfactorofdisturbance.Thesehelptoknowmorea

4、boutthesimu-lationofshipmotionintheocean.Keywords:long-crestedwave；wavedisturbance0引言力场分布波动引起的[1–2]。在海洋运动体浸湿表面上每一点所受流体压力，由于在实际海洋环境中受波浪、风、海流等环境等于海洋运动体的不存在，在其位置代之以虚拟的海因素作用而不断产生各种摇荡运动，影响舰艇操纵和洋运动体表面时，各点所受的流体压力。由于波浪中运动控制等任务执行。因此舰艇运动的计算分析，掌质点都在作轨圆运动，海洋运动体的存在实际上将干握外

5、界干扰力带来的影响，对舰艇运动作业有重要扰质点的正常运动代之虚拟表面后，水质点可以穿过意义。这表面而不受阻碍，表面上各点压力可表示波浪压力海浪是引起海洋运动体摇荡的主要扰动，海浪是计算，称为主干扰力。非常复杂的随机过程。本文基于不规则长峰波的计算针对舰艇的横荡运动情况，讨论横荡干扰力的计基础上，开展波浪对舰艇干扰力的影响分析。结合频算方法[3–4]。波面表达式为：谱分析方法，探讨影响舰艇干扰力的主要因素，为舰=acos(k1x+k2y!et)。(1)艇在复杂海洋环境下的运动分析提供基础研究思路。不能忽略ζ随

6、y的变化，因为只有ζ随y是变化1模型建立的，才会产生横荡力，ζ随y的变化是横荡力根源，ζa为波面的幅值，k为波数，ω为波浪的角频率，t为时海浪对舰艇的干扰力的计算基于弗劳德-克雷洛夫间。考虑舰艇的宽度B较波长λ小很多，认为波面在假设定义，认为干扰力和力矩仅由流体压力引起；舰y方向上的斜率是常数，推出舰艇引起的横荡艇在流体中产生的压力场不会影响海浪的波场分布；力为：A(x)sin(k海浪对海洋运动体的干扰力和力矩是水面下流体的压Y=gk2as1x!et)dx，(2)收稿日期:2016–11–15作者简介:朱世

7、勇(1974–)，男，高级工程师，研究方向为舰船工程。第39卷朱世勇：舰艇在海浪作用下的扰动仿真分析·47·引入史密斯修正后的流体动压力作用下的横荡力：()TkT(x)=2k2B(x)Y=2gas(x)esincos(k1x!et)dx，2(3)针对横荡力对Z轴求矩，沿x轴积分，得出舰艇首摇干扰力矩为()kT(x)e2k2B(x)N=2gasT(x)sincos(k1x!et)dx。(4)2海浪波形可分为规则波和不规则波。如果用规则波来仿真，不太切合实际波浪情况；故采用不规则波图2横荡力矩来模拟海

8、浪波形，不规则波可以看作多种频率规则波Fig.2Swaymoment的叠加。考虑到一般各种海浪频谱为狭带谱，用长峰波随机波对海浪仿真，选取某一频段的有限个数谐波，建立海浪信号的数学模型。∑n=aicos(k1cos+k2sin!et+"i)。(5)i=1式中：μ为遭遇角；εi为初相位。采用波能谱（海浪谱）描述海浪的统计特性，最终利用海浪反演的线性叠加法模拟出不规