船舶波浪稳性研究现状分析.pdf

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1、56卷增刊1(总第213期)中国造船Vo1．56Special1(SerialNo．213)2015年5月SHIPBUILDINGOFCHINAMay2015文章编号：1000-4882(2015)S1．0211-06船舶波浪稳性研究现状分析胡丽芬，鲁江，顾民2(1．鲁东大学交通学院，烟台250064；2．中国船舶科学研究中心，无锡214082)摘要阐述国内外波浪中船舶稳性研究的最新进展，探讨波浪中完整稳性的几种失效模式的研究状况和发展方向，其中包括复原力变化导致的参数横摇、纯稳性丧失、瘫船稳性，以及和波浪中操纵性有关的横甩。总结波浪中影响破损船舶安全的三大因素(进水过程

2、，船舶运动以及进舱水和船体之间相互作用)的研究方法和最新成果，为今后动稳性的研究指明了方向。关键词：完整稳性；破舱稳性；波浪；动稳性；参数横摇中图分类号：U661．229文献标识码：A0引言稳性是船舶安全性的重要基础之一，是船舶设计建造的强制性要求，与船舶设计尤其是新船型的开发密不可分。随着国际贸易以及航运技术的不断发展，船舶向大型化、高性能化和高技术化方向发展的趋势日益明显，其在波浪中的航行安全性显得尤为重要。随着国际海事组织(IMO)二代完整稳性衡准的强制执行，波浪中稳性不良的船舶，其安全性得不到保证，更不可能被市场接受和认可。船舶在波浪中会发生纵摇、横摇、垂荡等各种

3、运动，在大风大浪的海况下，船舶运动幅度加大。如果船舶发生大幅横摇运动，而复原力矩不足，则会导致船舶发生倾覆现象。船舶在风浪中的倾覆包含复杂的力学问题，涉及到船舶非线性大幅运动、非线性复原力矩、非线性波浪力矩及它与船舶的相互作用，尤其是船舶破舱进水后还涉及到舱内进水与船体的相互作用及破损口处的进流／出流等问题。船舶稳性的研究方法通常有两种：数值模拟和试验方法。试验方法主要依托船模试验水池。不过该方法的成本高，通常在理论分析的后期用它来检验理论分析的可靠性。不过模型试验只能得到各种因素的综合作用结果，难于了解结果的内在机理。因此稳性研究普遍采用数值模拟的方法。1波浪中完整稳性

4、研究概况波浪中船舶完整稳性失效模式主要包括瘫船稳性、纯稳性丧失、参数横摇和骑浪／横甩等¨。因其对船舶安全的风险日益明了，国际海事组织(IMO)已将针对波浪中船舶稳性的第二代完整稳性衡准提上议事日程。第二代完整稳性衡准涵盖了波浪中主要的稳性失效模式：复原力臂变化导致的参数横基金项目：工信部船舶第二代完整稳性衡准技术研究(20121533])；山东省科技发展计划(2011YD05006)；山东省自然科学基金(ZR2Ol3EELO07、ZR2012EELI3)212中国造船学术论文摇、纯稳性丧失，丧失动力时的瘫船稳性，以及和波浪中操纵性有关的横甩。1．1瘫船针对IMO的需求，日

5、本船舶海洋工学会(JASNAOE)在完整船舶稳性领域开展了大量研究工作，取得了显著成果。Umeda基于单自由度和四自由度横摇运动方程求解完整船舶的倾覆概率，应用piece-wise方法来简化计算【2】，并将结果和船模试验进行对比，吻合较好。piece-wise方法最初由Belenky于1993年提出，目前在完整船舶的倾覆概率求解方面得到广泛应用[。此外，文献【5】计算了完整船舶在横风横浪条件下自由漂移时的倾覆概率，文献[6】对内倾船型波浪中的瘫船稳性及其倾覆特性进行了研究，得到不同海况下的倾覆概率。还进行了内倾船型在瘫船状态下的大幅极限运动模型试验，用模型测试数据对计算结

6、果进行了验证。1．2复原力臂变化引起的参数横摇和稳性丧失参数横摇和纯稳性丧失都源于波浪中复原力的变化，一般放在一起研究。在近期的研究中，只有参数横摇引起重视，很少文献涉及纯稳性丧失。预测参数横摇一般采用非线性时域方法，应用势流理论如切片理论或者是三维方法。采用的模型覆盖单自由度到复杂的6自由度，并且考虑各种运动之间的耦合作用。由于船．波剖面与垂向运动的耦合，需要更加深入研究复原力臂的变化。研究表明纵荡的影响很大。为了准确计算由于船速变化导致的复原力变化，应该考虑纵荡。阻尼的非线性同样需要引起重视。Umeda等于2010年给出不同方法的对比，结果表明横摇阻尼的评估预测极大地

7、影响参数横摇结果，仍需进一步深入研究J。参数横摇研究的关键是提高波浪中复原力变化的计算精度，因为复原力变化的微小差异会导致参数横摇最大横摇角的明显不同。波浪中复原力变化的主要原因是：随着波浪经过船体，水线面及水线面二次力矩会发生变化。为提高复原力变化的计算准确性，需要准确计算波浪力，即不仅要考虑Froude-Krylov力，而且要计及辐射力和绕射力部分。国内针对波浪中完整船舶参数横摇的数值计算方法开展了大量研究。对斜浪群波、迎浪规则波等不同浪向条件下参数横摇现象进行数值模拟，以便采取措施避免船舶大幅横摇及倾覆【8】。文献[9】