10船舶耐波性绪论
船舶耐波性及其评价方法综述
船舶耐波性及其评价方法综述熊云峰熊文海（武汉理工大学，武汉430063）摘要: 随着人们对船舶在波浪上的航行性能愈来愈重视，船舶耐波性的好坏已成为衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一，本文通过对船舶耐波性的分析，总结了船舶在波浪中航行时的耐波性衡准，并对各种船舶耐波性评价方法作了较为全面的介绍和总结，同时提出了今后研究工作的方向和重点。
关键词: 船舶耐波性；衡准；评价；综述1引言船舶耐波性及其评价方法是船舶设计和航海人员及海事管理部门都十分重视的研究课题。
寻找使用方便且行之有效的船舶耐波性评价方法与衡准也一直是船舶耐波性研究人员所追求的目的之一。
但由于船舶耐波性问题的复杂性，迄今尚无统一的耐波性衡准指标，船舶耐波性评价方法也多种多样。
因此，深入了解以往研究所用的各种评估方法及其研究成果，对于进一步完善船舶耐波性及其评价方法的研究，找到更加方便、合理、准确的评价方法，减少船舶在风浪中发生危险的可能性，无疑具有重大的意义。
为此，本文力图对船舶耐波性及其评价方法进行较为全面的介绍和总结，并提出今后研究工作的方向和重点，供船舶耐波性研究人员参考。
2 船舶耐波性概述船舶耐波性是研究船舶在波浪中运动规律的一门学科。
对商船而言，耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、砰击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能够维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
对于舰艇而言，我国海军规定：“耐波性是指舰艇在一定海况下具有适当的舰体运动环境，以保证人员及各种武器、系统和其他装备能正常工作的能力”。
对于船舶耐波性的研究，它是随着船舶工业的发展和计算机技术的发展而不断在发展，但是研究船舶耐波性的基本方法主要有两种：（1）理论计算与分析法船舶在波浪中的摇荡运动，从力学的观点看，包括两个方面：一是刚体动力学问题，即船舶作为一般刚体在受到外力作用下产生运动的问题。
船舶在波浪扰动下的摇荡运动同周期性扰动力作用下的振荡器的振动类似，因此，研究船舶摇荡运动归结为建立船舶摇荡运动的微分方程及求解。
船舶耐波性基本知识概要72页PPT
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会ห้องสมุดไป่ตู้部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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舰船结构的耐波性能分析与优化设计
舰船结构的耐波性能分析与优化设计舰船结构的耐波性能是指舰船在海洋波浪环境下承受波浪载荷时的稳定性和安全性能。
耐波性能的分析与优化设计对于舰船的设计和建造具有重要意义。
本文将就舰船结构的耐波性能进行分析，并提出相应的优化设计方法。
1. 波浪载荷对舰船结构的影响波浪载荷是指充斥在舰船结构表面的波浪力，它对舰船结构的影响可表现为“浪荡力”和“迎浪力”。
浪荡力使得舰船产生横向和纵向的运动，而迎浪力则用于提供推进力。
2. 耐波性能分析方法2.1 线性理论分析线性理论是一种基本的理论模型，它假设波浪载荷与舰船的反应之间是线性关系。
通过线性理论分析，可以获得舰船在不同波浪条件下的波动响应和载荷分布。
2.2 非线性数值模拟非线性数值模拟是一种更加精确的耐波性能分析方法，它考虑了波浪载荷和舰船结构的非线性特性。
利用计算流体力学方法，可以模拟舰船在海上的真实工作环境，获得更准确的结果。
3. 耐波性能优化设计方法3.1 材料选择与强度优化在耐波性能优化设计中，选择合适的材料对于提高舰船结构的强度和刚度至关重要。
通过优化材料的特性，可以降低结构的振动幅值和应力，提高舰船的耐波性能。
3.2 结构形状优化结构形状对于舰船的耐波性能有着直接的影响。
通过优化结构的外形和布局，可以减小舰船与波浪的相互作用，降低波浪载荷和结构响应。
3.3 主动控制技术主动控制技术可以在一定程度上改善舰船的耐波性能。
通过采用合适的控制策略，如自适应控制和反馈控制，可以减小波浪力对舰船的影响，提高舰船的稳定性和操纵性能。
4. 耐波性能分析与优化设计案例以某型舰船为例，通过上述提到的耐波性能分析与优化设计方法，对舰船的结构进行分析和改进。
通过数值模拟和实际试验，获得了舰船在不同波浪条件下的耐波性能数据，并根据数据分析结果进行相应的结构优化设计。
5. 结论舰船结构的耐波性能是保证舰船在海上安全运行的重要因素。
本文通过分析耐波性能的影响因素，并介绍了线性理论分析和非线性数值模拟两种常用的分析方法。
船舶耐波性能及优化设计研究
船舶耐波性能及优化设计研究一、引言船舶耐波性能是衡量一艘船的重要指标之一，也是保障船舶海上安全的关键因素。
船舶在海上航行时，会面临各种波浪环境，船舶的耐波性能好坏决定了其航行的安全性和舒适性。
因此，研究船舶的耐波性能以及优化设计是一个具有重要意义的课题。
二、船舶耐波性能的影响因素船舶的耐波性能是由船体本身的设计和建造质量、船舶在海上的运动状态以及各种环境因素综合影响而形成的。
以下是影响船舶耐波性能的几个主要因素：1、船体结构设计船体结构设计是影响船舶耐波性能的最重要因素之一，它包括船体型面设计、船体尺寸比例、船舶结构强度等。
合理的船体结构设计有利于提高船舶的耐波性能。
2、载货量和船员配备随着船舶的载货量增大，船舶的大、小浪受力情况也会发生变化，会对船舶的耐波性能产生一定的影响。
而船员配备的多少也会影响船舶的艇身均衡状态和灵活性，从而影响船舶的耐波性能。
3、船舶在海上的运动状态船舶在海上的运动状态是受到风、浪、潮流等多种因素的综合影响而形成的，如航向、航速、波浪高度、波浪频率等。
这些因素会影响船舶的耐波性能。
4、波浪环境波浪环境是指船舶在海上遇到的波浪形态，包括波高、波浪频率、波浪周期等。
不同的波浪环境对船舶的耐波性能有不同的影响，需要对波浪环境进行全面的评估和分析。
三、优化船舶耐波性能的设计方法为了提高船舶的耐波性能，需要采取一些有效的优化设计方法。
以下是几种主要的设计方法：1、船体结构优化设计船体结构的优化设计可以通过数值模拟和实验测试两种方法来实现。
数值模拟主要利用计算机仿真技术分析和研究船体结构的力学性能，进行结构优化设计，实验测试则是通过对船舶模型进行真实的模拟试验，获取船体结构的力学特性数据。
2、锚泊安装和操纵策略优化对于大型船舶来说，锚泊安装和操纵策略的优化也是提高船舶的耐波性能的关键因素之一。
优化锚泊安装和操纵策略可以通过数值模拟和实验测试来实现。
3、减轻船舶载重量为了提高船舶的浮力和稳定性能，可以考虑减轻船舶的载重量。
耐波性总结
船舶耐波性总结一、基本概念1.船舶耐波性2.船舶适航性3.船舶六自由度的摇荡运动4.船舶摇荡运动要素5.波浪主干扰力6.F-K假设7.影响风浪的要素8.波浪的特征要素9.波面角10.行波相速度11.波浪能量12.史密斯效应13.表观浮力（视浮力）14.表观重力（视重力）15.有效波面、有效波面角16.不规则波的特征要素及含义17.长峰不规则波、短峰不规则波18.线性叠加原理19.波能谱密度函数（物理含义、特性）20.保证率21.最大波幅、平均波幅、有义波幅（波高）22.海浪谱、风浪谱23.自由横摇近似固有周期（圆频率）24.横摇衰减系数25.消灭曲线26.无因此衰减系数27.升沉、纵摇固有周期近似确定公式28.波面角的修正系数29.频率/幅频/相频响应函数（RAO）30.相对频率或调谐因数31.有效波面升高32.遭遇频率33.航向角34.波的表观传播速度35.减摇装置36.静特征数37.双共振减摇原理二、简答题1.研究船舶线性摇荡的常用的坐标系及含义。
2.船舶在波浪中摇荡运动受力分析方法、各种力的物理含义。
3.波面及波面以下水质点运动特点。
4.波浪中的压力分布。
5.频域与时域描述关系的转换方法。
6.常用波浪统计方法。
7.横摇固有周期对横摇运动性能的影响及其主要影响因素。
8.横摇无因次衰减系数对横摇运动的影响及其改善方式。
9.船舶静水中有阻尼线性横摇与静水中升沉或纵摇运动的不同点。
10.如何使船具有优良的横摇性能？11.讨论频率响应函数几种特殊情况。
12.船舶在规则波中迎浪航行的升沉和纵摇运动特性。
13.讨论航速、航向对波浪主干扰力的影响。
14.船在规则波、不规则波中纵摇、横摇的周期有何特点？15.试验中船模与实船应满足哪些相似条件？如何校正？16.讨论主尺度和船型系数对耐波性的影响。
17.讨论首部横剖面形状、球首、干舷对耐波性的影响。
18.简述常见实用减摇装置及其减摇原理。
三、公式推导与计算1.海浪谱分析原理。
毕业答辩——船舶操纵性与耐波性
毕业答辩——船舶操纵性与耐波性1.什么是船舶耐波性？船舶耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、抨击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
（P1）2.什么是有效波面？船宽、吃水相对波长是很小时，可近似认为船是水中一质点，它所受的浮力近似垂直于波面。
当船宽和吃水相对波长为有限尺度时，由于船宽范围内波形曲率的变化以及沿船体水下表面所受到的浮力方向与波面法向不一致，使船受到的总浮力有所减小，同时其浮力作用线是垂直于某一次波面，这一次波面称为有效波面。
（P17）3.船舶阻尼力（矩）按物理性质大致可分为哪三类？兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼（P8）4.船在水中可能产生六个自由度的摇荡运动，分别是什么运动？横摇、纵摇、首摇、垂荡（升沉）、横荡和纵荡5.研究船舶耐波性用到的三种坐标系是哪三种，可画图说明？空间固定坐标系：该坐标系用来描述海浪；动坐标系Gxbybzb：随船做摇荡运动，坐标原点取在船的重心G 上，坐标轴取作与船的中心惯性主轴相重合，Gxb在船中线面与龙骨线平行，向艏为正；Gzb在船中线面内垂直于Gxb，向上为正；Gyb 垂直于船的中线面，向右舷为正。
随船移动的平衡坐标系Oxyz：当船在静水中以航速v航行时，该坐标系随船同速前进，Oxy位于静水面上，Ox正向与航速v同向。
当船在波浪上做摇荡运动时，该坐标系不随船做摇荡，仍保持按船的平均速度和原航向前进。
6.船模实验需要满足的相似律有那几个？几何相似、运动相似、动力相似。
（P136-P137）7.什么是船舶摇荡运动的兴波阻尼？（P9）由于船舶运动使水面产生波浪，消耗船本身的能力所造成的阻尼。
傅汝德认为兴波阻尼与速度一次方成比例。
8.目前采用较广泛的减摇装置有哪些？舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍（P168）9.什么是有效波面角？有效波面的切线与水平间线间的夹角，恒小于真实波面角。
（P14 p17)10.什么是史密斯效应？波浪下任一点的压力随深度按指数递减的规律，称为“史密斯效应”。
船舶耐波性总结2讲解
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
第六章 船舶耐波性
二、风浪等级及耐波性基本概念
浪级
浪 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 级 名 无 微 小 轻 中 大 巨 狂 狂 怒 称 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 涛 涛 高 (m ) 0 < 0 .1 0 . 1 ≦ H 1 /3 < 0 . 5 0 . 5 ≦ H 1 /3 < 1 . 2 5 1 . 2 5 ≦ H 1 /3 < 2 .5 2 . 5 ≦ H 1 /3 < 4 . 0 4 . 0 ≦ H 1 /3 < 6 . 0 6 . 0 ≦ H 1 /3 < 9 . 0 9 . 0 ≦ H 1 /3 < 1 4 .0 1 4 .0 ≦ H 1 /3 浪
船舶概论
第六章 船舶耐波性
——征服波涛 ——征服波涛
2010年 2010年8月
目录 一、船舶摇荡运动 二、风浪等级及耐波性基本概念 三、船舶耐波性试验研究 四、船舶耐波性数值计算研究 五、改善耐波性的若干措施
一、船舶摇荡运动
一条集装箱船， 一条集装箱船，实船航行
一、船舶耐波性的基本概念
船舶摇荡运动定义 船舶摇荡运动： 船舶摇荡运动： 船舶绕纵轴（ 1横摇——船舶绕纵轴（船长方向）的往复摇动 横摇 船舶绕纵轴 船长方向） 2纵摇——船舶绕横轴（船快方向）的往复摇动 船舶绕横轴（ 纵摇 船舶绕横轴 船快方向） 首摇——船舶绕垂直轴（ 船高度方向 ） 的往复 船舶绕垂直轴（ 3 首摇 船舶绕垂直轴 船高度方向） 摇动 4垂荡——船舶沿垂直轴的往复运动 垂荡 船舶沿垂直轴的往复运动 5横荡——船舶沿横轴的往复运动 横荡 船舶沿横轴的往复运动 6纵荡——船舶沿纵轴的往复运动 纵荡 船舶沿纵轴的往复运动
三、船舶耐波性的试验研究
耐波性水池 船舶耐波性形状 往往近乎方形。 往往近乎方形。 配备有造波装置， 配备有造波装置， 可以模拟自然界 出现的各种海浪、 出现的各种海浪、
耐波性绪论船舶运动学PPT课件
- advanced experimental techniques, elastic models - numerical modelling
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砰击试验
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日本横滨国立大学 Length100m * Width8m * Depth4m (Water Depth 3.5m)
第二篇 船 舶 耐 波 性
绪论 船舶在静水中的摇荡 船舶在规则波中的摇荡 船舶在不规则波中的摇荡 船舶耐波性试验 减摇装置和船型对耐波性影响
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船舶耐波性
绪论
SEAKEEPING
➢ 定义 船舶在波浪中的摇荡运动及其动力响应。
➢ 内容 - 海浪的描述 - 6个自由度的摇荡运动 - 动力响应
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海浪的描述
不规则性 随机性
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船舶响应 （Ship Response）
6个自由度船舶运动
surge
pitch
heave roll
sway yaw
• Translational motion : surge, sway, heave • Rotational motion : roll, pitch, yaw • Simple harmonic motion : Heave, Pitch and Roll
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商用CFD软件的应用
• FLUENT软件（粘性流体力学） • SHIPFLOW—阻力和流动、船型优化(瑞典） • WASIM---船舶运动计算（DNV)
第12页/共36页
模型试验方法
• 拖曳水池 航速高、要求拖车速度高、水池长
• 耐波性水池 造规则波、二维不规则波、三维方向波
船舶耐波性及其评价方法综述
船舶耐波性及其评价方法综述熊云峰熊文海（武汉理工大学，武汉430063）摘要: 随着人们对船舶在波浪上的航行性能愈来愈重视，船舶耐波性的好坏已成为衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一，本文通过对船舶耐波性的分析，总结了船舶在波浪中航行时的耐波性衡准，并对各种船舶耐波性评价方法作了较为全面的介绍和总结，同时提出了今后研究工作的方向和重点。
关键词: 船舶耐波性；衡准；评价；综述1引言船舶耐波性及其评价方法是船舶设计和航海人员及海事管理部门都十分重视的研究课题。
寻找使用方便且行之有效的船舶耐波性评价方法与衡准也一直是船舶耐波性研究人员所追求的目的之一。
但由于船舶耐波性问题的复杂性，迄今尚无统一的耐波性衡准指标，船舶耐波性评价方法也多种多样。
因此，深入了解以往研究所用的各种评估方法及其研究成果，对于进一步完善船舶耐波性及其评价方法的研究，找到更加方便、合理、准确的评价方法，减少船舶在风浪中发生危险的可能性，无疑具有重大的意义。
为此，本文力图对船舶耐波性及其评价方法进行较为全面的介绍和总结，并提出今后研究工作的方向和重点，供船舶耐波性研究人员参考。
2 船舶耐波性概述船舶耐波性是研究船舶在波浪中运动规律的一门学科。
对商船而言，耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、砰击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能够维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
对于舰艇而言，我国海军规定：“耐波性是指舰艇在一定海况下具有适当的舰体运动环境，以保证人员及各种武器、系统和其他装备能正常工作的能力”。
对于船舶耐波性的研究，它是随着船舶工业的发展和计算机技术的发展而不断在发展，但是研究船舶耐波性的基本方法主要有两种：（1）理论计算与分析法船舶在波浪中的摇荡运动，从力学的观点看，包括两个方面：一是刚体动力学问题，即船舶作为一般刚体在受到外力作用下产生运动的问题。
船舶在波浪扰动下的摇荡运动同周期性扰动力作用下的振荡器的振动类似，因此，研究船舶摇荡运动归结为建立船舶摇荡运动的微分方程及求解。
船舶耐波性基本知识
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。 • 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船 的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。 • 横据角影响人的运动能力。
• 3、上浪 • 船舷在风浪中剧烈摇荡时风浪涌上甲板的现
象称为上浪。上浪时船首常常埋入风浪中， 海水淹没首部甲板边缘，甲板上水。上浪主 要是由严重的纵摇和垂荡引起的。 • 4、失速
• 它包括风浪失速和主动减速。 • 风浪失速是指推进动力装置功率调定后，由
于剧烈的摇荡，船舶在风浪中较静水中航行 时航速的降低值。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
在Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传 播方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3 所示。
四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和
垂荡。 • 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，船体与风浪之间产 生猛烈的局部冲击现象称为砰击。 • 砰击多发生在船首部。砰击发生时首柱底端 或船底露出水面，然后在极短的时间内以较 大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
• 二、随机过程 • 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
船舶耐波性试验
船舶耐波性试验
船模试验
实船试验
1 。静水中摇荡试验
2。规则波中的运动试验：运动频响Y（w ）
横摇（横浪） 纵摇、升沉（迎浪） 六自由度运动
2 。动力校准 确定其对纵轴或横轴的质量惯性矩
船模尺度选择
五、池壁效应 船模运动的兴波向池壁扩散并将反射回来
干扰船模边缘的波浪，影响到原来波峰与波谷 的位置，从而使船模运动发生改变。
六、船 模尺度选择 尺度的选择要慎重考虑，应根据 池壁效应 、
造波机的波长范围 、池长、车速等因素来确定。 通常船模长度在 2 到4 米。
尺度比 2 。运动相似 （对应点速度值同一比例）
3 。动力相似 （对应点的力的比值相同）
船模试验的相似条件
二、动力相似分析
次要作用
动力相似
主要作用
粘性力相似 雷诺数 相等
重力相似
惯性力相似
傅汝德数 相等 斯图罗哈数 相等
船模试验的相似条件
三、船模与实船各相同量之间的对应关系
船模试验的相似条件
四、质量分布相似 （静力校准和动力校准） 1 。静力校准 确定重量和重心位置
1 。船模在波浪中阻力的测量方法 试验结果表达为曲线
阻力增量
船模宽
波幅 船模长
阻力增量与波高的平方成比例
船模在波浪中的运动和增阻试验
2 。波浪中实船阻力增量的平均值预估
由于：
船模在波浪中的运动和增阻试验
2 。波浪中实船阻力增量的平均值预估 不规则波中阻力增量平方根的谱密度为：
船舶耐波性总结2讲解
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
耐波性论文
关于耐波性理论的一些浅见【摘要】船舶动力学的研究历来是由两个主要理论：操纵性和耐波性。
船舶在海水中的航行必将伴随波浪，耐波性的研究对于保证船舶的安全，维持船舶工作时环境的稳定，保证其功能，都具有重大的意义。
【关键词】耐波性理论;船舶动力学;流体力学;运动;操纵性【前言】耐波性能力的措施1976 年，St.Denis提出描述耐波性能所需的四个主要条件。
这些都是:使命: 什么船将要完成的目标。
这艘船在海上的作用。
环境: 条件下，这艘船操作。
这可以称为海况、风速、地理区域或它们的组合。
船舶的反应: 这艘船对环境条件的响应。
反应是环境和容器特性的函数。
耐波性能标准: 船上的响应的既定的限制。
这些都基于船舶运动和经历，加速度，包括舒适标准，例如噪音、振动和晕船、如非自愿的速度减少，基于性能值和可观察到的现象，如弓浸泡。
显然，钻探和一艘渡轮有着不同的任务，在不同的环境下运作。
性能标准也会不同。
都可算是适航，虽然出于不同的原因，根据不同的标准。
在船舶设计中，先确定船舶在波浪中的行为是重要的。
这可以通过计算，发现通过物理模型测试，最终测量船上的船只。
计算可以简单的形状如矩形驳船进行解析，但需要由计算机进行任何现实形船。
一些这些计算或模型试验的结果称为响应振幅运算符(RAO) 的传递函数。
浮动结构他们将需要所有六个运动和所有相对波标题计算。
一影响耐波性因素：以下许多因素会影响耐波性或更正确的船响应。
大小: 更大的船一般会比一个较小的低运动。
这是因为海浪的相对与船舶的大小更低。
位移: 重船一般会降低运动，要比一个轻一点。
既然波的能量每艘船舶是相同的，并提供激振力，具有更大质量的船将有较低的加速度。
稳定性: 稳定的船舶会倾向于跟随波的配置更接近于一个不稳定的。
这意味着一个更稳定的船舶一般有较高的加速度，但较低的振幅的运动。
干舷: 更大的船的干舷是不太可能出现在巨大的甲板上。
甲板浸水往往是耐波性标准，因为它会影响一些船只的任务能力。
船舶耐波性基本知识概要
• 海面的外部特征取决于风速和风时，也和
风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
第三章 船舶运动方程式与耐波性设计
水质点的轨圆运动
波内压力场的流体动压力的分布
• 在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半
径的变化具有相同的规律即随着水深的增加， 压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称 为史密斯效应。
§2-3 不规则波的理论基础
• 一、不规则波基本概念 • 1、确定性的数量关系 • 2、统计关系 • 在所有可能出现的波高中，不同大小的波高
五、研究耐波性的必要性
• 自1953年丹尼斯等引入线性迭加原理和科文-
克劳科夫斯基提出切片理论以来，现代耐波 性理论迅速发展。船舶性能的优劣，主要看 它在实际海洋环境中的性能。过去，船舶的 设计师们对船舶性能的研究多侧重在船舶在 静水中的性能，特别是静水中航行的快速性。 但是，大量事实表明，一艘在静水中航行性 能优良的船舶，在波浪上的航行性能并不一 定是优良的，船舶耐波性的优劣直接关系到 船舶的适居性、航行使用性和安全性。
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
变重心位置。
• 4）重心提高，初稳性高下降，横摇
固有周期显著增加。
• 5）对于因重心过低而使横摇固有周
期过小的船，在设计中可以来取一 些措施加以改善。
• 5、船型系数
• 1）方形系数增加，通常横摇阻尼随
之增加，而对纵摇和垂荡不利，失 速和砰击增加。在设计中，主要由 快速性和排水量的要求选取。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
第十章 耐波性综述
第十章耐波性学习目标知识目标1.船舶摇摆对船舶的危害；2.船舶静水摇摆周期、波浪周期；波浪表观周期；3.船舶谐摇对船舶的危害及如何避免；4.减摇装置及减摇原理。
能力目标1.能计算船舶静水摇摆周期、波浪周期；波浪表观周期。
第一节概述船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的砰击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持其正常功能的能力，历来是船舶及其他海洋结构物的设计和使用者十分关心的问题。
研究船舶在波浪中产生的一系列运动，是学习船舶耐波性的首要目的。
了解了船舶在波浪中运动机理后，就可以探讨保证船舶在波浪中航行安全和维持其使用功能的措施。
在海上航行的船舶，像任何刚体一样，可以产生六个自由度的运动。
为了研究这些运动，通常采用以下右手坐标系(见图10-1)：图10-1 研究船舶运动的坐标系它是以船舶重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。
x 轴在中线面内，平行于基面，指向船首为正；z轴向上为正。
x、y和z 轴可近似认为是船体的三根惯性主轴。
Oxyz坐标系内船舶重心G沿坐标轴的直线运动船舶任意时刻的运动可以分解为在及船体绕三个坐标轴的转动。
在这些运动中又有单向运动和往复运动之分，因此共有12种运动形式，如图10-2所示。
习惯采用的名称见表10-1。
表 10-l 12种运动形式的习惯名称图 10-2船舶的运动形式图 10-3 船的遭遇浪向船的遭遇浪向见图10-3，横浪对横摇影响最大；顶浪顺浪产生纵摇；纵荡，垂荡。
耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它包括以下主要内容。
1.船舶摇摆船舶摇摆是指在外力作用下船舶产生倾斜，当外力消除后船舶围绕原平衡位置所的往复运动。
其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和垂荡。
2.砰击由于严重的纵摇和垂荡，船体与风浪之间产生猛烈的局部冲击现象称为砰击。
砰击多发生在船首部。
砰击发生时首柱底端或船底露出水面，然后在极短的时间内以较大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
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10-2 研究方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
船舶耐波性理论的发展
• 现在可以认为切片理论用于对垂荡和纵摇问题的计算在 实用上是有效的，误差不大。目前已广泛采用此方法预 报船舶在波浪中的纵向运动特性。 • 此外，也有人提出用切片理论来求斜波中船的横摇、横 荡和首摇。但这方面的计算结果较之纵向运动的计算结 果距实用尚差距较大，因此有待于今后进一步研究。
船海系：邱磊
耐波性对航行性能的影响
《船舶操纵性与耐波性》课件
1.对舒适性的影响
乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即加速度和横摇 幅值。 加速度引起人们晕船。人的前庭系统，特别是内耳腔对线 加速度和角加速度特别敏感，超过一定的剌激就要引起晕 船。图10-4 是由实测得到的某些船的基本关系。一般说来， 发生晕船的可能性随加速度增加而增加。最大的加速度发 生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡产生的。某些渔船在 激烈的海面上船首加速度可达到1个重力加速度。一般当加 速度超过重力加速度的0.2倍时，晕船就加剧了。 横摇角影响人的运动能力，大致可以分为三个区域:在04· 范围内对人的活动没有影响;在4-10· 范围内使人的运动能 力明显下降;10·以上使乘员吃饭、睡觉及在船上走动都发生 困难。
《船舶操纵性与耐波s, green water)
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
船舶耐波性绪论
《船舶操纵性与耐波性》课件
摇荡运动 砰击 耐波性 适航性
纵摇、垂荡
上浪（埋首）
失速
波浪失速、 主动失速
螺旋桨飞车 风浪中的稳性 波浪弯矩（强度） 疲劳（耐久性）
船海系：邱磊
《船舶操纵性与耐波性》课件
耐波性——船舶在风浪中遭受外力干扰所产生 的各种摇荡运动及砰击、上浪、失速和螺旋桨 飞车的情况下，仍然能保持一定航速，在水面 安全航行的性能。 适航性——船舶有足够的耐波性，在稳性、船 体结构、各种设备以及燃料给养等方面符合航 行法规要求，保持安全航行的性能。
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10-2 研究方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
船舶耐波性理论的发展
• 到20世纪50年代，船舶在波浪上运动的研究在两个方面 取得了突破性的进展。 • 第一个进展是谱分析法的引入。1953 年圣· 丹尼斯 (St.Denis) 和皮尔逊(Pierson) 将处理噪声的理论应用 到船舶在不规则波中的运动中来，提出了不规则海浪中 船舶运动计算的理论方法。该理论将船舶在不规则波浪 中运动的问题分成两个部分:一部分是研究船舶在规则波 中的运动问题;另一部分是研究船舶在不规则波中的预报 问题。在这个突破性的发展基础上，船舶在规则波上运 动理论有了迅速的发展。 • 第二个进展是切片理论在船舶摇荡问题中的应用。1955 年科文一克劳科夫斯基(Korrin-Kroukovsky)提出了根据 切片理论计算船舶的垂荡与纵摇运动，成为理论计算船 舶纵向运动的起点。
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耐波性对航行性能的影响
《船舶操纵性与耐波性》课件
当激烈的运动损坏了船舶的主要部件，如主机、螺旋桨、 舵和导航设备等后，船可能失去控制而造成惨重后果。 大角度横摇可能使舱室进水，货物移动，由于这些原因造 成的海难事件是经常发生的。 横摇降低了船舶的抗风能力，在风和浪的作用下，船舶出 现很大的动倾角。故各国稳性规范规定，在计算最小倾覆 力矩时要考虑横摇的影响。
图10-2
船海系：邱磊
坐标系
《船舶操纵性与耐波性》课件
3. 坐标系Oxyz 以船速V随船一起运动，但不随船转动的直角坐标 系，见图10-1。 Oxy 平面位于静水面上，Ox 正向 与航速V同向。在平衡状态，坐标系原点O 与运动 坐标系原点G重合。
图10-1
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坐标系
《船舶操纵性与耐波性》课件
研究船舶耐波性的目的在于: (1)了解船舶摇荡运动的规律及其影响因素; (2) 掌握各种摇荡运动的预报方法; (3) 寻找避免或减轻摇荡运动的方法。
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10-2 研究方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
研究船舶耐波性的基本方法有两种:理论法和试验法。 理论法 列出和解出各种不同形式的船舶在规则波上的运动微分方 程，根据方程的解来预报各种运动特性。 船舶耐波性理论的发展 • 欧拉、泊桑等人关于船舶横摇的论文。 • 傅汝德(Froude，1861年)的横摇理论，克雷洛夫(Krylov， 1896年)的纵摇理论，成为从19世纪末，直到本世纪40年 代关于船舶摇荡研究的理论基础。 • 20世纪40年代起，哈斯金特(Haskind)开始应用流体动力 学中求解边值问题的方法，建立了船舶摇荡的流体动力 学理论。差不多与此同时，海夫洛克(Havelock)、厄塞 尔(Ursell)和格里姆(Grim) 等人也进行了类似的工作。
船舶操纵性与耐波性
第二篇 船舶耐波性
邱磊 qiu-lei01@
第十章
船舶耐波性绪论 10.1 研究的内容和目 的 10.2 研究的方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
海况(expected sea states)
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
砰击(slamming)
3. 坐标系Oxyz 该坐标系用来描述 六自由度摇荡运动。
船海系：邱磊
《船舶操纵性与耐波性》课件
船舶的6种摇荡运动(如图10-3 所示) 船舶任意时刻的运动可以分解为船舶重心G 沿Ox轴的直线运动称为纵荡(surge)，以x(t)表示; 沿Oy 轴的直线运动称为横荡(sway)，以y(t)表示; 沿Oz 轴的直线运动称为垂荡(heave)，以z(t)表示; 船体绕Gxb 轴的转动称为横摇(roll)，以θ(t) 表示; 绕Gyb 轴的转动称为纵摇(pitch)，以(t) 表示; 绕Gzb轴的转动称为首摇(yaw)，以(t)表示。 六种运动中，由于横摇、纵摇和垂荡对船舶航行性能 影响最大，是我们研究的主要对象
船海系：邱磊
船海系：邱磊
坐标系
《船舶操纵性与耐波性》课件
1.空间固定坐标系O1 它是固定在地球上的直角坐标系，在O1平面与 静水面重合,O1 轴铅垂向上为正，见图10-1，该 坐标系用来描述海浪。
图10- 1
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坐标系
《船舶操纵性与耐波性》课件
2.动坐标系Gxbybzb 或称联船坐标系，它是以船舶重心G 为原点固定于 船体上的右手直角坐标系，如图10-2 所示。 为了研究问题方便，在平衡状态，假定重心G 在 静水面上， xb 轴在中线面内，平行于基面，指向 船首为正。xb 、yb 和zb 轴可近似认为是船体三个 惯性主轴。
试验法
试验有助于观察海浪和船舶运动现象，寻求内在的规律性， 验证理论计算结果。特别是在本学科范围 内尚存在许多目前理论上还不能解答或尚不能给出满意的 结果的问题，必须靠试验来解决。例如船舶横摇阻尼系数 还只能靠试验来确定。
船海系：邱磊
10-2 研究方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
试验法 试验设备和技术也有重大的进展。50 年代开始各国纷纷建 立耐波性试验研究的试验水池，其中著名的有，美国海军 舰船发展中心(DTNSRDC)的耐波性水池，荷三船模试验池 (NSMB) 的耐波性水池，我国702所的耐波性水池。近代由 于近海工程的发展，这些水池又逐渐发展为与海洋工程结 构试验结合的大型试验室。在建造试验池的同时，也发展 了有关的试验研究分析技术。由于耐波性研究的是船舶的 运动状态，因此在测量分析技术上与一般的船模阻力推进 等试验不同，必须测量处理动态的量。目前世界上一些重 要船模试验池差不多都发展了各种波浪上测试分析技术。 此外，研究船舶耐波性还有经验方法。它是经过多次统计观察 而总结起来的经验。虽不完全可靠，但可作为研究船舶运动问 题时很有价值的参考资料。。
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耐波性对航行性能的影响
《船舶操纵性与耐波性》课件
船员利用船上的全部设备，在预定的海洋条件下完成其规定 使命的能力称为航行性。激列的摇荡以及摇荡引起的其他性 能对航行使用性产生极为不利的影响。 由于纵摇与垂荡，使船舶造成失速，主机功率得不到充分利 用。严重的砰击使船首部的结构损坏，使船体发生颤振。在 压载航行时，驾驶人员主动减速主要是避免首部的严重砰击。 高速船在波涛汹涌海面上的航速常常是由砰击频度所决定的， 称为砰击限制航速。 上浪使甲板机械损坏，船舶稳性下降，给船员造成恶劣的工 作条件。满载船舶主动减速的重要原因是考虑上浪频度，称 为上浪降制航速。 螺旋桨飞车使主轴受到极大的扭转振动，主机突然加速和减 速，使主机部件损坏，推进效率降低。 过大的摇荡使披琅负荷加大，可能损坏船体结构，甚至断裂。 大的波浪加上激烈的摇荡，给船舶操纵带来困难，使船舶难 于维持或改变航向。