斜浪长峰不规则波中船舶复原力变化计算

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1、51卷第3期(总第192期)中国造船Vo1．51No．3(SerialNo．192)2010年9月SHIPBUILDINGOFCHINASep．2010文章编号：1000．4882(2010)03．0011-08斜浪长峰不规则波中船舶复原力变化计算鲁江，马坤，黄武刚(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶工程学院，辽宁大连116024)摘要基于切片理论，先求解出船舶无横倾时在斜浪长峰不规则波中的垂荡和纵摇运动，确定出波面与船体的相对位置，再利用三个坐标系之间的转换关系，提出了任意斜浪长峰

2、不规则波中船体各横剖面左右舷与波面一组或多组交点的求法及各浸水剖面面积的通用计算法；同时基于规则波复原力计算公式，提出了Froude．Krylov假说下的斜浪长峰不规则波中复原力计算公式。最后以一艘集装箱船为例，研究了其在斜浪不规则波中复原力变化，计算结果表明船一波相对位置是影响斜浪长峰不规则波中复原力变化的一个至关重要因素。关键词：船舶、舰船工程；复原力；长峰不规则波；斜浪；Froude．Krylov假说；封闭曲线积分法中图分类号：U661．22文献标识码：A0引言目前稳性规范大多局限于静水中

3、稳性，但船舶通常航行在波浪中，波浪对船舶稳性的影响很大，满足静水稳性的船舶在波浪中也有可能发生倾覆，尤其是在纵浪和斜浪中。参数横摇易引发船舶倾覆，其一个重要原因就是波浪中复原力的周期性变化。现代大型集装箱船的参数横摇是一个很严重的问题，参数横摇和稳性评估也就成为一项紧迫的任务。准确评估波浪导致的复原力变化是预报参数横摇发生阈值和最大横摇角的关键⋯。许多学者研究了规则波中复原力变化，但对于不规则波中复原力变化的研究却很少，尤其对于斜浪不规则波中复原力变化的研究更少。SAFEDOR提出的22种海况下

4、参数横摇数值预报尚未涉及到斜浪不规则波海况【2]，25thlTTC确定26thITTC(2008．2011)波浪稳性委员会的研究任务之一就是参数横摇预报代码验证及试验进展【3】，为把参数横摇预报拓展到斜浪不规则波海况，本文在文献[1]的基础上把复原力变化计算拓展到斜浪长峰不规则波中。本文基于切片理论，先求解出船舶无横倾时在斜浪长峰不规则波中的垂荡和纵摇耦合运动，用此垂荡和纵摇值确定出波面与船体的相对位置，即没有考虑横摇对垂荡和纵摇的影响，然后在文献[4—8]的基础上，利用三个坐标系之间的转换关系

5、，提出了斜浪长峰不规则波中船体各横剖面左右舷与波面一组或多组交点的求法及任意浸水剖面面积及其形心的通用计算方法，提出了Froude—Krylov假说下的斜浪长峰不规则波中复原力计算公式，分析了船舶在斜浪不规则波中的复原力变化。收稿日期：2009．07．21：修改稿收稿日期：2010—01—27中国造船学术论文1船舶运动坐标系及转换关系1．1三种坐标系船舶在波浪中复原力的计算及公式推导和坐标系的选取紧密相关，本文采用下述三种坐标系：①固定坐标系0一宇，叩，，原点0位于静止水面，轴向下为正，用来描述

6、波浪；②运动坐标系G—x，Y，z，以船舶重心G为原点，轴在中线面内，平行于基面，指向船艏为正，Z轴向下为正；③参考坐标系G—XI·．·，本坐标系中的船舶重心G的运动，在描述船舶前后、左右运动时，与静水面平行，在描述船舶上下运动时，与静水面垂直；但船舶发生旋转运动时，本坐标系不随船舶发生横倾和纵倾；当船舶处于静止平衡位置时和G—，y，z重合。三种坐标系如图I所示。波向。固定坐标系一、一■·一LIl

7、．一』、’』～参考坐标系，y1．2三个坐标系之间的转换关系(1)当船舶横倾角度时，参考坐标系G-’，

8、与运动坐标系G-x,y,z2_l'~关系如图2所示，转换关系为Yz’三=YY’sci。ons+一zzcsoins，且即[IlYz‘’]JI『l0。soinl0s一scion。s]jI『llYz]jIc(1)(2)当船舶横倾角为，纵倾角为0，航向角为时，假设船体重心G此时在固定坐标系D一专绉中坐标为宇=岛，=％，=，固定坐标系绉与运动坐标系Gz转换关系为j~l-rlGl-lcosOscionsflflsin~vsin棚Osci。n。fl+cos~eosflco∞sq~simnOsi∞n,8一sin

9、~comsflIJYI(—2)l一Jl—sin0sinq~cos0cos~cosOJLzJ—G1．Z-y、B～i，、，t，B图2两种坐标系下重心和浮心相互位置示意图由于船在波浪中航行时纵倾角一般很小，式(2)中可以作如下近似处理，sin0、cosO1，代入式(2)得：一GCOS一(COS一zsin)sin(3)考一考G—x8+ysin+zCOS妒51卷第3期(总第192期)鲁江，等：斜浪长峰不规则波中船舶复原力变化计算2船体和波面相对位置的确定2．1船舶在长峰不规则波中的垂荡()和纵摇求解假设某