海浪、海风及海流页PPT文档

E: 波浪的能量 K1：常数，在深水区为0.0625g 0.125 g L: 波长 H: 波高 T: 周期
由此可以看出波浪能量的大小决定于波 浪的大小，特别是波高的大小。
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波浪作用
浅水波及其变形
浅水波的概念： 当外海的波浪进入水深小于其波长二
分之一的水域时，海水的波动触及海底， 水质点与海底相互作用，波浪特点和性 质发生变化。这种性质发生了变化的波 浪称为浅水波。
计程仪 罗经 陀螺 ……….
典型的控制系统 3
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本章内容
平面进行波概念 随机海浪概念 随机海浪统计规律及海浪功率谱概念 海风和海风的谱分析—理解 海流—理解
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0 概述
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前言
船舶在海面上行驶 海浪--〉海风---〉海流 影响 重点：海浪的影响 最常见的海浪---风浪 风浪是不规则的 充分成长的海浪----〉平稳随机过程
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规则波：余弦波，其波幅、波长和波频都是确定 的（涌浪）
不规则波：在空间上和时间上都是随机的（风 浪）
长峰波：二维波 长峰不规则波：由方向相同的多个长峰规则波叠 加而成 短峰波：三维馒头波 可由传播方向不同的长峰波叠加而成
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第一部分 海浪
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波能 风
表面张力
地震
重力
行星引力 地球自转偏向力
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最小风时/最小风区
在定常风的作用下，对应于风区内某点，风 浪达到定常状态所用的时间是一定的，这段 时间称为最小风时。或者说，对应于某一风 区（长度），风浪成长至理论上最大尺度所 经历的最短时间称为最小风时。
波谷
波高
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波浪作用
水波的传播
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波浪作用
深水波及其特性
深 水
波
的
水
质
点
运
动
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波浪的概念
波浪的概念： 风吹过海面时，通过压力和摩擦作用
将能量传递给海水，使海水质点离开平衡 位置作圆周运动，海面随之发生周期性的 起伏。这种海面周期性的起伏，就是波浪。
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波浪特性
波浪的能量：
E=K1LH2/T
当z＞λ/2，该处的水基本上没有波动了。
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史密斯效应
在考虑海浪对船舶的作用力和作用力矩 时，如果对于吃水比较的大的船舶，必 须考虑史密斯效应。
P = P 0 + g zga e -k zc o s (k-t)
P
波动压力差
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深水
浅水
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波浪作用
波的传播
波长
波峰
三元不规则波-----短峰波
(,,t)
二元不规则波-----长峰波
(,t)
涌浪 36
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随机过程
成熟期海浪 成熟期海浪—平稳随机过程 随机扰动下的控制理论
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风浪成长与风时、风区的关系
常言道“风大浪高”，也有“无风不起浪”等说 法，这是对风与浪关系的一种描述。但这只是部 分正确。
海浪、海风及海流
自动化学院
船舶控制系统实验室
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课程内容
船舶运动学/动力学模型
外界干扰
船舶六自由度的运动
海风、海浪、海流
控制装置 舵、减摇鳍、螺旋桨
2
课程内容
输入 航速要求
航向 横摇角 ……….
螺旋桨 舵 减摇鳍 ……….
控制装置
干扰 船舶
检测设备
海风 海浪 海流 ……….
六自由度运动 横摇 横荡 纵摇 纵荡 艏摇 垂荡 ……….
在某一时刻 t=t0 （可设t0=0） ζ = ζ a cos(kξ - wt) = ζ a coskξ 在海面某一固定的点ξ 0， 设ξ 0=0 ζ = ζ a cos(kξ - wt) = ζ a coswt
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基本关系
根据流体力学的知识，如果水深达于λ/2 的波，如果2ζa/λ≤0.05。
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海浪平面进行波-船体坐标系
将地面坐标系中的平面进行波---〉 船体坐标系
xcos+ysin
acos(k1xk2yt)
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水面下的波浪
波浪也存在于水下，根据流体力学的知识，波浪 随水深变化
ae-kzcos(kt)
波幅随水深呈指数率下降，上式表示的波面为次 波面，当水深较大时，该处的水的质点波动较水 表面处的小。
海浪海要浪要素素
海浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与 海浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、 海重水力表与面海张水力表共面同张作力用共的同结作果用。的结果。
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浪级
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2.1 平面进行波
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流体力学的假设
流体是不可压缩的 流体运动是无旋有势的 波浪是微幅波
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海浪规则波
人所共知，小小的水湾中，那怕再大的风也决不 会掀起汪洋大海中那种惊涛骇浪，因为它受到了 水域的限制。
另外，即便是在辽阔的海洋中，短暂的风也不会 产生滔天巨浪。
可见风浪的成长与大小，不是只取决于风力，而 是与风所作用水域的大小和风所作用时间的长短 有密切关系。
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风时/风区
风时：指状态相同的风持续作用在海面上的 时间。
规则波可由下面的波形方程描述：
ζ = ζ a cos(kξ +/- wt)
ζ a——波幅， ω ——波的角频率， TB ——波的周期， k——波数，
λ ——波长， α ——波倾角， TB = 2π /ω , k = 2π /λ
ζ
ξ
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平面进行波分析
时间固固定定 ζ
ζ
固定于某一点
固定
t ξ
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分析
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2.2 随机海浪
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前言
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背景简介
海洋模拟技术应用于游戏和影视作品中,从而使游戏者更加投入角色,影视场景 成本更低.
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定义
上节中将海浪作为规则波 海面上的海浪极其复杂，为不规则的随机
波 风浪不但会向一个方向传播，还会向其他
方向传播，大小形状不等的小丘。
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短峰波与长峰波
波长、周期和波速的关系
T 2 g 0.8 C gT/ 2 g / 2 1.25
gT2 / 2
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波倾角
波倾角： 波面上的任意一点的切线与ξ轴的夹角，
波面角

tan

ka
sin(kt)
0 sin(kt)
风区：是指状态相同的风作用海域的范围。 习惯上把从风区的上沿，沿风吹方向到某一 点的距离称为风区长度，简称为风区。
当然，风浪的成长还与其它因子有关，例如 海洋水深、地形、岸线形状等。在此我们仅 就风时、风区与其成长的关系加以描述。
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风时/风区
假定风速一定的风沿Ox方向吹，O点为风 区上沿，OA为风区内某点A的风区长度。 观察A点风浪成长以及其它各处风浪成长的 过程。