静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究
浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究作者：张晨曦， 邹早建， 杨勇， ZHANG Chen-xi， ZOU Zao-jian， YANG Yong作者单位：张晨曦,杨勇,ZHANG Chen-xi,YANG Yong(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240)， 邹早建,ZOU Zao-jian(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240)刊名：船舶力学英文刊名：Journal of Ship Mechanics年，卷(期)：2012,16(1)1.Newton R N Some notes on interaction effects between ships close aboard in deep water 19602.Müller E Untersuchungen über die gegenseitige Kursbeeinflussung yon Schiffen auf Binnenwasserstrassen 1967(06)3.Remery G F M Mooring forces induced by passing ships 19744.Dand I W Some measurements of interaction between ship models passing on parallel courses Report R 108 19815.Marc Vantorre;Erik Larforce;Ellada Verzhbitskaya Model test based formulations of ship-ship interaction forcesfor simulation purposes 20016.Tuck E O;Newman J N Hydrodynamic interactions between ships 19747.Yeung R W On the interactions of slender ships in shallow water[外文期刊] 19788.Kijima K Manoeuvrability of ships in confined water 19879.Gourlay T Sinkage and trim of two ships passing each other on parallel courses[外文期刊] 200910.郑才土浅水中船舶相互作用的一种计算方法 1994(06)11.张谢东;刘祖源;吴秀恒船舶超越时相互作用力理论计算 1997(03)12.Zhang Xiedong;Wu Xiuheng Study of hydrodynamic forces of ships in narrow waterway 200313.陈波;吴建康浅水域中两船交错运行时的非定常波浪干涉[期刊论文]-水动力学研究与进展A辑 2005(04)14.Chen H C;Liu T;Huang E T Application of chimera RANS method for multiple-ship interactions in a navigation channel 2002引用本文格式：张晨曦.邹早建.杨勇.ZHANG Chen-xi.ZOU Zao-jian.YANG Yong浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究[期刊论文]-船舶力学 2012(1)。
流场中互相靠近的两物体的水动力特性的数值模拟研究
关键词：圆柱；水动力特性；动网格；相对运动；计算流体力学
ABSTRACT
In the flow field, when two or more objects in close proximity are in relative motion, they will interfere with each other, which is widespread in the enginering. To solve these problems, it is necessary to deeply research the characteristics of the interaction among two or more objects in the flow field. In this dissertation, the hydrodynamic characteristics of two objects approaching to each other in viscous flow were studied using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool based on dynamic mesh technology and some results are obtained. In the two-dimensional (2D) viscid flow, the cylinder force characteristics in the viscid flow were firstly compared with that in the inviscid flow. Then, the characteristics of forces acting on the cylinders in viscid flow under different interstice ratios, different approaching velocities and different background flows were analyzed. The numerical results show that when the background flow velocity is zero, the drag coefficient increases with the decrease of interstice ratio and the increase of approaching velocity. As the background flow velocity is not zero, the drag coefficient increases with the increase of background flow velocity. While the ratio of the background flow velocity to the approaching velocity is large, the force acting on the cylinder vibrates obviously. Further on, the force of the two objects close to each other in the three-dimensional (3D) flow field was analyzed based on the method in the 2D flow field. Compared with the 2D case, the repulsion significantly reduced when the cylinders approached to each other in the 3D case, which shows that the wall effect of cylinders approaching to each other in the 3D case is less than that in the 2D case. We also verify that the calculation method used to simulate rotation ellipsoid problem is reliable. When simulating the situation that underwater ellipsoid was close to the structures and performing rotational movement, we find that the torque exerted on the ellipsoid changes greatly when the ellipsoid rotates around itself and the structures. It should be noticed when the ellipsoid is controlled to perform the precise motion.
两船在静水中的兴波干扰数值计算
两船在静水中的兴波干扰数值计算王小龙;毕毅【摘要】使用VOF方法计算两排水量相当的船型在静水中兴波的水动力干扰,计算时采用两型值一样的Wiglev船作为对象,湍流模式选择了RNG k-ε模型.在模拟计算时,变化两船的航速以及两船的间距,得到不同状态下的兴波波形.将得到的波形加以比较分析,进而得出兴波值最大的位置.低速时兴波最大值出现在距船首1/3船长左右的位置,高速时兴波最大值出现在距船首2/3船长左右的位置.将计算结果与实验结果相比较,令人比较满意,证明这种算法是很有效的,为以后的较为复杂的船型两船干扰模拟计算提供了一些参考.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)006【总页数】5页(P60-64)【关键词】VOF方法;Wigley船型;自由面;兴波干扰【作者】王小龙;毕毅【作者单位】海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U661.1两体的水动力干扰研究早在上世纪60年代就已经发起了。
Ohkusu［1］采用系列展开法计算作用在相互连接的两个圆柱体上的水动力。
Van Oorhnerssen［2］采用三维源汇分布法计算了圆柱与方盒的相互干扰水动力系数并与模型试验结果进行比较。
Kodan［3］采用切片法预报两体干扰问题,并且给出了两个结构体在不规则波中的响应结果。
Loken［4］则采用三维源汇分布法分析了波浪中运动的多体之间的干扰。
Duncan等［5］应用Van Oorlmerssen提出的方法计算了两舰之间的耦合运动响应。
Korsmeyer［6］则采用试验的方法研究了两舰的垂向运动,并采用三维面元方法计算了两舰在有限水域的干扰问题。
Williams与Rangapp［7］采用修正平面波方法计算了由多列半浸圆柱结构组成的多层柱海洋平台的水动力载荷与附加质量阻尼系数。
Zhang等［8］采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力,用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布,在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力做了相应的计算工作。
浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究_张晨曦
浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究
础上 ， 析 了船 舶 在 整 个 会 遇 过 程 中 的受 力 特 性 ， 出 了 会遇 过程 中船 舶 容 易 失 控 和 发 生 碰 撞 的 阶段 ， 通 过 分 分 指 并 别对 不 同 的船 间 横 向 间距 、 水深 、 速 和船 长 情 况 下 的船 一 水 动 力 相互 作 用 进 行 计算 和结 果 分 析 ， 出 了 以上 四 船 船 得
种 因素 对 船 间 水动 力 相 互 作 用 的 影 响规 律 。
关 键 词 ：船 舶会 遇 ； 水 ； 动 力 相 互 作 用 ； 网格 浅 水 动
中 图分 类 号 ： ６ １ Ｕ ６． ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｔ ｄ ｎ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｉ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｅ ｗｅ ｎ ｍ ｒｃ ｌｓｕ ｙ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｉ ｔ ｒ ｃ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ
第 １ ６卷第 １ ２期 －
２１ ０ ２年 ２月
文 章编 号 ：１ Ｏ — ２ ４ ２ ２ ０ — ０ ７ ０ Ｏ ７ ７ ９ （叭 ） １ ０ ２ — ９
船 舶力 ｃ ａ ｉｓ
Ｖｏ ．６ １１ Ｎｏ １ ２ ．— Ｆｅ ｂ．２ ２ ０１
．
ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｉ ｔｒ ｃ ｉｎ ｉ ａｃ ｌ ｔｄ Ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒ ｅ ｙ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｔ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｓ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ． ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｆ ｄ ｂ ｏ ａ ｉ ｈ ｕ ｒ ｌｒ ｓ ｌ ｏ ｉ ｉ ｎ ｃ ｓ ｗｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｄ ｔ ． ｈ ｎ ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｏ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｄ ｒｎ ｈ ｔ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ａ ａＴ ｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｆ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｉ ｔｒ ｃｉ ｕ ｇ ｔ ｅ ｈ ｉ ｓｃ ｏ ｉ ｍｅ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｄ ｒ ｇｗｈ ｃ ｈ ｈ ｐ ｍａ ｅ ｏ ｎ ｏ ｔｏｌ ｂ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｌ ｓｏ ｙ ｏ ｃ ｒ ｅｉ ｒ ｃ ｓ ， ｈ ｈ ｓ ｕ ｉ ｉｈ ｔ ｅ ｓ ｉ ｙ ｂ ｃ ｍｅ ｕ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌ ｎ ｈ ｏ ｌ ｉ ｎ ｍａ ｃ ｕ ｎ ｎ ａ ｉ ｉ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ Ｆ ｎ ｌ ，ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｔ ｏ ｔ ｉ ｅ ｔｄｆ ｒ ｎ ａ ｅ ａ ｉｔｎ ｅ ａ ｅ ｅ ｔ ， ｓ ｎ ｉ ａｅ ． ｉ ａｌ ｙ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｕ ｒ ｌ ｓ ｌ ｂ ａ ｎ ｄ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌｄ ｓａ ｃ ，ｗ ｔｒ ｄ ｐ ｈ ｈ ｃ ｒ ｓ ｆ ｌ
环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究
环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究近年来，环境干扰力对于船舶运动影响的研究已经引起了广泛关注。
如何在环境干扰力的影响下，保证船舶正常运行，成为当前的研究热点。
本文将探讨在环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型的研究。
船舶操纵运动主要包括船舶速度、姿态和轨迹控制等方面。
在环境干扰力作用下，船舶的运动会受到多种因素的影响，如风、浪、流等。
这些因素会改变船舶的运行状态，影响船舶的操纵性能。
因此，建立适合环境干扰力作用下的船舶操纵运动数学模型是十分必要的。
首先，针对船舶运动中风力和浪力的干扰，本文采用了基于CFD模拟的方法。
CFD模拟能够模拟环境干扰力对船舶的影响，得出受力情况，对建立数学模型有很大的帮助。
其次，针对船舶操纵运动数学模型中的非线性问题，本文采用了基于状态观测器的方法进行建模。
状态观测器能够对船舶运动状态进行估计，解决了运动控制过程中对运动状态信息的获取问题。
在得到船舶操纵运动数学模型后，本文采用了数值仿真进行模拟。
仿真结果表明，在环境干扰力的作用下，船舶操纵运动受到了一定的影响。
但采用本文所建立的数学模型，能够使船舶的运动状态得到有效控制，实现船舶的正常运行。
总之，环境干扰力作用下，船舶操纵运动的数学模型的建立，对于保证船舶正常运转有着重要的作用。
本文所建立的数学模型，为船舶运动的研究提供了一种新的思路和方法，也为后续的研究提供了一些有价值的参考和借鉴。
为了更好地研究船舶在环境干扰力作用下的操纵运动，本文收集了一些相关数据，并进行了分析。
下面将分别介绍数据来源和分析结果。
数据来源本文收集的数据主要来自于实验和CFD模拟。
实验主要采用了船舶模型和风洞模型，对船舶运动中风力和浪力的干扰进行了测量。
CFD模拟则通过数值模拟的方式，模拟环境干扰力对船舶的影响，得到了受力情况。
以此作为数据基础，本文建立了适合环境干扰力作用下的船舶操纵运动数学模型，并进行了数值仿真。
分析结果收集的数据主要涉及船舶运动的速度、姿态和轨迹控制等方面。
潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究
Vol. 43, No. 1Jan., 2021第43卷第1期2021年1月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究王陆I,毕毅I,周广礼2,向国I,欧勇鹏I(1.海军工程大学舰船与海洋学院，湖北武汉430033; 2.中国人民解放军92578部队，北京100161)摘 要：针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题，本文在验证数值计算方法可行性的基础上，开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟，获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。
模拟结果表明：潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素，当潜深与艇体直径的比值H/D^1.3时，近水面效应显著；而当HIDN2.9时，可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异；近自由液面条件下(H/QW1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象，这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。
关键词：潜艇；近水面；文丘里效应；水动力性能；数值模拟中图分类号：U661.32 文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2021)01 - 0083 - 06 doi ： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2021.01.015Numerical study on submarine's hydrodynamic performance for near-surface conditionsWANG Lu 1, BI Yi 1, ZHOU Guang-li 2, XIANG Guo 1, OU Yong-peng 1(1. College of N aval Architecture and Ocean, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;2. No.92578 Unit ofPLA, Beijing 100161, China)Abstract: Aiming at the problem that the hydrodynamic force of submarined near-surface sailing hull presents signific ant changes, numerical simulation of a submarine in various diving depths and advancing velocities were carried out based on verified method. Hydrodynamic performance, including resistance, vertical force and trimming moment, was obtained toanalysis the near-surface effect. Calculation results indicate that: Diving depth is the conclusive factor for near-surface sub marine comparied with deep-water condition. When the ratio between diving depth and submarine's diameter was less than1.3 (HZDW1.3), the free surface effect was remarkable and with H/D^2.9, there was little difference between near-surface and infinite deep water condition for submarine's hydrodynamic performance. For near-surfece conditions (//ZDW 1.3), the resistance and vertical force coefficients fluctuated with advancing velocities obviously. This phenomenon was mainlycaused by the variation of submarine's pressure distribution, which was aroused by free-sxn-face wave.Keywords: submarine; near-surface ; venturi effect; hydrodynamic performance ; numerical simulationo 引言作为现代海军作战力量的重要组成部分，潜艇在 空间立体作战及战略威慑中均发挥着无可替代的作用叫 当前按照动力来源，潜艇可分为核动力及常规动力两大类，前者多在深海中隐蔽航行，其续航力及水下潜 航时间均远优于常规动力潜艇，然而对于近海岸侦 察、打击及巡逻等军事任务，各国则更多地应用排水 量相对较小的常规动力潜艇。
《中国舰船研究》2017年总目次
2017 年总目次
141
2017 年总目次
序号
文题
1 KCS 标称伴流场的尺度效应数值分析
2 三维水翼梢涡流场数值研究
作者卷（期）：页码源自张 海 鹏 ，张 东 汗 ，郭 春 雨 ，王 恋 舟 ， 刘恬
12（1）：1-7
蒲汲君，熊鹰
12（1）：8-13，26
3 船艏及干舷压浪在高速艇上的应用对比
魏成柱，李英辉，易宏
12（4）：128-131
80 混合驱动水下滑翔机自噪声测量及分析
刘璐，肖灵
12（4）：132-139
81 双层圆柱壳异常噪声源定位试验研究与应用
李瑞彪，徐荣武，崔立林，余文晶
82
基于矢量声压组合基阵的柱面分布噪声源近场高分辨 定位方法
左翔，陈欢
83 舰船消防安全工程研究现状
陆守香，陈潇，吴晓伟
12（4）：140-146 12（4）：147-150
12（6）：1-5 12（6）：6-14 12（6）：15-21 12（6）：22-29
105 舵空泡对船体压力脉动的数值分析
王友乾，叶金铭
12（6）：30-35
106 基于湍流脉动压力的波数—频率谱预报流噪声 107 RANS，DES 和 LES 对螺旋桨流噪声预报的适用性分析
金月，俞孟蕻，袁伟
21 基于 CFD 的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析
罗天，万德成
12（1）：84-92，100 12（1）：93-100
12（1）：101-106，133 12（1）：107-115，133
12（1）：116-121 12（1）：122-127
12（1）：128-133
12（1）：134-139 12（2）：1-11，48
船_舵_桨的水动力干扰效应研究_侯建军_石爱国_吴明_杨波
SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.36 No.1 2014 总第36卷，2014年第1期船-舵-桨的水动力干扰效应研究侯建军，石爱国，吴 明，杨 波（海军大连舰艇学院航海系，辽宁大连 116018）摘 要：基于计算流体力学方法，结合滑移网格技术与动网格技术，实现了带自由面的双桨双舵舰船的直航与斜拖的数值模拟试验，并根据数值模拟所得到的若干数据求取了桨的实效伴流系数、流入舵的纵向有效速度与有效冲角、操舵诱导横向力关于舵力的修正因子及其距舰船重心的无量纲距离等船、舵、桨相互干扰系数。
数值模拟结果与权威水池试验结果相比对，吻合良好。
关键词：舰船；螺旋桨；舵；干扰；计算流体力学中图分类号：U661.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 01-0041-04Research on Hydrodynamic Interference Effect betweenHull Rudder and PropellerHOU Jian-jun, SHI Ai-guo, WU Ming, Y ANG Bo(Navigation Dept., Dalian Naval Academy, Liaoning Dalian 116018, China)Abstract: Based on Computational Fluid Dynamics method, the sliding mesh and dynamic mesh method is adopted to simulate straight line and oblique towing test of ship with twin propellers and twin rudders. And according to the simulation results, the interference coefficients, such as effective weak field coefficient, rudder’s effective longitudinal velocity and effective attack angle and rudder force’s modificatory factor for ship handling derivational transverse force and its dimensionless distance to ship’s gravity point, are calculated. The numerical simulation results show good agreement with the corresponding tank test.Key words:warship; propeller; rudder; interference; computational fluid dynamics(CFD)自MMG方程提出以来，国内外许多学者对船、舵、桨间相互干扰问题展开了大量的研究。
双体船干扰阻力计算研究
双体船干扰阻力计算研究郎济才;胡翩;范蠡;童扬武【摘要】The resistances of the transom stern catamaran were calculated in Fluent .By adjusting the demi-hull separation , the relationship between the interference resistance of demi-body and hull separation was studied .The numerical results and the theoretical analytical results were compared with showing that they are in good agreement .%根据给定的方艉双体船，用Fluent软件进行船舶阻力计算，通过不断调整双体船片体间距，分析片体间的干扰阻力与片体间距之间的关系，并且将CFD软件模拟结构与理论计算结果进行对比，结果证明，软件计算结果与理论计算结果吻合较好。
【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P62-65,70)【关键词】双体船;干扰阻力;有利干扰;CFD【作者】郎济才;胡翩;范蠡;童扬武【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心，武汉430064;广州船舶及海洋工程设计研究院，广州510250;哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U611.31双体船作为新型船舶的一种，其发展倍受人们关注。
较之普通单体船，其具有更宽大的甲板面积、舱容和更好的船舶特性。
例如其稳性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；具有良好的操纵性，而且阻力峰不明显、装载量大等[1]。
如何既兼顾双体船上述的优良特性又具有较小的阻力而获得较好的快速性是双体船研究的重中之重。
多体船型在静水中的兴波阻力研究
文章编号：1000-4874(2009)-06-0713-11多体船型在静水中的兴波阻力研究*蔡新功，常赫斌，王平(中国船舶与海洋工程设计研究院，上海200011，Email：******************)摘要：该文利用Michell 线性兴波理论，从单体船的波谱函数出发，依据波谱函数的可叠加性推广到多体船，推导了单体船、双体船、三体船、四体船以及五体船的兴波阻力计算公式，给出了各种多体船型兴波干扰成分的研究，并将相关船型的阻力计算结果与试验结果进行了对比，比较表明计算的兴波阻力结果可以反映试验趋势，有效功率比较接近于试验结果，可以为方案论证阶段多体船的方案选优提供依据。
关键词：三体船；四体船；五体船；波谱函数；Michell 理论；兴波阻力中图分类号：U674.951,TV148 文献标识符：AResearch about the wave-making resistance ofMulti-hull ship in the calm waterCAI Xin-gong, CHANG He-bin，WANG ping(Marine design and research institute of china, Shanghai 200011, China)Abstract: The paper presents a method for calculating the wave-making resistance of multi-hull ships, which is based on the Michell linear wave resistance theory and extends the wave spectrum function of mono-hull ship to the multi-hull ship. The formula is able to predict the wave-making resistance of mono-hull, catamaran, trimaran, tetramaran and pentamaran, and the interaction drag. The calculated results are compared with those of the experiments. It shows that globally the trend of the calculated wave-making resistance is essentially following that of experiments, and the calculated effective power is adjacent to the results of experiment. During concept design, the method is applicable to find a better multi-hull form based on the wave-making resistance.Keywords: trimaran, tetramaran, pentamaran, wave spectrum, Michell’s thin-ship theory, wave-making r esistance* 收稿日期：2009-03-27(2009-07-15 修改稿)作者简介：蔡新功(1974－),男,山东无棣人,高工,博士.s2 20 0 220 01 引言H (k 0 sec2θ,θ )d θ H (k 0 sec θ ,θ ) =近年来，多体船不断出现，包括双体船、三体 船、四体船以及五体船等，伦敦大学完成了第一艘三体护卫舰的概念设计以后继续三体船的概念设4π⎰⎰σ (x , y , z )e i k 0 sec θ ( x cos θ + y si n θ )e k 0 z s ec θ d s 2 (1)计研究[3]，并设计了多艘不同用途的三体船，其中其中，H (k 0 sec θ ,θ ) 为柯钦函数，s 为船体表面， 包括高级ASW 护卫舰、近海巡逻船、小型航空母 舰、AAW 驱逐舰、轻型巡洋舰、海峡轮渡、加拿 (x , y , z ) 为船体坐标系下的表面坐标， k 0 = g 0。
限制水域船舶水动力干扰快速计算方法
第42卷第5期2021年5月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.42ɴ.5May 2021限制水域船舶水动力干扰快速计算方法黄金1,2,邓强1,2,许辰1,2,诸葛凌波3,任慧龙1,2,周学谦1,2(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨15001;2.教育部船舶与海洋工程技术国际联合合作实验室,黑龙江哈尔滨150001;3.中国船舶及海洋工程设计研究院,上海200001)摘㊀要:船舶数量与尺寸的不断增加导致其在限制水域船舶水动力干扰现象突出,限制水域内的船舶水动力干扰的快速准确预报,有助于船舶智能航行安全的发展㊂针对此问题,本文提出了一种基于Hess &Smith 面元法的数值方法,实时计算浅水中两船平行干扰与会遇过程中的船-船水动力干扰问题㊂基于低弗劳德数假设,使用合模方法处理自由液面处的边界条件,并使用镜像法处理水平水底处的边界条件㊂本文通过将数值结果与有限的试验结果对比,验证了该实时计算方法的可行性,确定了该方法的适用范围㊂关键词:限制水域;船舶水动力干扰;势流理论;智能船舶;镜像法;面元法;合模法;赶超;会遇DOI :10.11990/jheu.202101042网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20210310.1453.002.html 中图分类号:U661.1㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2021)05-0601-09Fast calculation method of ship-shiphydrodynamic interaction in restricted watersHUANG Jin 1,2,DENG Qiang 1,2,XU Chen 1,2,ZHUGE Lingbo 3,REN Huilong 1,2,ZHOU Xueqian 1,2(1.College of Shipbuilding Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.International Joint Laboratory ofNaval Architecture and Offshore Technology between Harbin Engineering University and Lisbon University,Harbin 150001,China;3.Marine Design &Research Institute of China,Shanghai 200001,China)Abstract :Due to the continuous increase in the number and size of ships,the problem of hydrodynamic interfer-ence in restricted waters has become more prominent.The rapid and accurate prediction of ship hydrodynamic interference in restricted waters can not only ensure the safety of ship navigation but also promote the development of ships in the direction of intelligence.To answer this problem,a numerical method based on the Hess-Smith panel method is proposed in this paper to calculate ship-ship parallel hydrodynamic interference in shallow waters in real time.Based on the assumption of low Froude number,the double-body method and the mirror image method are used to deal with the boundary conditions of the free surface and the horizontal bottom,respectively.This paper validates the feasibility of the real-time calculation method by comparing the numerical results with the limited experimental results.This paper also determines the methodᶄs scope of application.Keywords :restricted waters;ship hydrodynamic interaction;potential theory;intelligent ship;mirror image method;panel method;double-body method;overtaking;encounter收稿日期:2021-01-22.网络出版日期:2021-03-11.基金项目:国家自然科学基金项目(51779055).作者简介:黄今,男,博士研究生;周学谦,男,教授,博士生导师.通信作者:周学谦,E-mail:xueqian.zhou@.㊀㊀船舶在港口㊁航道等拥挤水域内的自主航行,作为船舶智能航行中的难点问题,吸引了国内外学者的广泛关注㊂大船型船舶由于其尺寸与载重量极大,其受到的水动力在船舶操纵过程中往往是不可忽略的㊂当船舶在港口㊁码头以及内河中航行时,由于空间限制,船舶常常会以较小的距离实现赶超与会遇,而在此操纵过程中船舶受到的水动力干扰极大,并严重威胁船舶航行安全㊂因此,研究限制水船舶水动力干扰的实时预报方法可为船舶航行安全与自动航行提供一定的技术支持㊂船-船水动力干扰作为船舶水动力干扰问题的主要内容之一,其主要的研究方法主要分为2种:模型试验与数值模拟,后者根据计算原理,可分为粘性流方法与势流方法㊂基于模型试验的方法更能准确可靠地预报实船的水动力性能,因此国外学者很早就对浅水中的船-船水动力干扰进行了模型试验研哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷究㊂Dand[1]采用模型试验的方法模拟浅水中两船相遇与赶超中的船舶水动力干扰,并研究了航速㊁船-船横向距离与水深对干扰力和船体浮态(升沉㊁纵倾)的影响㊂Vantorre等[2]对4个不同的船模展开了全面的模型试验,并使用回归分析的方法建立了能够预测浅水中水动力干扰力极值的数学模型㊂数值模拟方面,根据考虑因素的不同,浅水中的船舶水动力干扰的研究方法主要可以分为3类:1)模拟真实流体流动的粘性流方法;2)忽略粘性效应的势流方法;3)忽略线性效应与自由液面效应的势流方法㊂粘性流方法主要是基于雷诺平均N-S方程(RANSE)求解船体周围的流场的特征,该方法能够考虑自由液面的变化与流体的粘性效应,故其计算精度高㊂刘晓艳[3]使用CFD软件Fluent,计算了限制水域内两船会遇与追越过程中的船舶间水动力干扰,研究了湍流模型与时间步长对计算结果的影响㊂高智勇等[4]基于RANS方程研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响㊂Pawar等[5]采用三维粘流方法探究了不同航道情况下航行船经过系泊船的影响㊂Fonfach等[6]利用不同的流动模型,研究了粘性与自由液面效应对船舶间水动力干扰的影响,对比结果显示:粘性对干扰力的影响较小,但当两船横向距离非常小时,自由液面的影响是较大的㊂粘性流方法存在低计算效率的特点,不能用于水动力干扰的实时预报,但相较于其他数值方法,粘性流模拟最能够反映真实的流场特性,可用于验证其他计算方法的可行性㊂由于粘性效应在船-船水动力干扰中的影响较小,忽略粘性效应的势流方法也被广泛应用于船舶水动力干扰的研究工作中㊂Söding等[7]使用Ran-kine源法分析了发生在欧洲Elbe River内一起真实的船舶碰撞事故㊂王隶加[8]应用泰勒展开边界元法和频域格林函数,系统研究了浅水中两船并行航行时相遇和超越情况下干扰力和干扰力矩的问题㊂Yuan[9]使用计及自由液面变化的三维边界元法,分别计算了限制水域内船舶沿岸壁行驶㊁船舶进入船闸及两船相遇过程中的水动力干扰力,对比粘性流结果与势流结果显示:即使没有考虑粘性作用,势流方法仍能获得较高精度的数值结果㊂但该方法的计算效率较低,求解一个时间步大概需要几分钟的时间,远远不满足实时计算的要求㊂由于港口㊁航道等限制水域内的波浪较小,又因为限制水域内的航速限制,船舶运动引起的兴波较小,不计自由液面效应的势流理论方法也可用于预报限制水域的船舶水动力干扰问题㊂Sutulo等[10]使用Hess&Smith面元法[11]求解深水中的船舶水动力干扰问题,由于基于低傅汝德数假设,使用了合模方法[12]处理自由液面条件,该算法的计算效率极快㊂徐华福[13]基于同样的假设,使用高阶面元法研究了水深㊁船船横向距离与船速对浅水中的船舶水动力干扰的影响㊂相较于常值面元法,高阶面元法具有更高的鲁棒性,但其计算效率仍不满足实时计算的要求,采用类似高阶面元的研究还有王隶加[8]㊂Xu等[14]研究了基于势流理论的水动力干扰预报方法中不对称网格的误差特性㊂Huang等[15]基于势流理论提出了一个船岸干扰水动力预报方法,与实验结果和基于RANSE的粘性数值模拟结果相比,除水深吃水比极小的工况外,基于势流理论的数值计算精度均在可接受范围内㊂由上述文献可知,使用合模方法模拟自由液面是一种十分高效的方法㊂并且在文献[10]可以看到,基于常值面元法与高阶面元法获得的横向力与转首力矩差异很小㊂因此,本文采用常值面元法实时预报限制水域内的船舶水动力干扰㊂使用镜像法处理水平水底处的边界条件,基于低傅汝德数假设,使用合模方法模拟自由液面㊂分别模拟船舶经过无航速船舶与两船相遇过程中的船舶水动力干扰,通过与试验结果对比,验证数值算法的可行性与适用性,确定所用假设的合理性㊂1㊀船舶水动力干扰实时计算方法1.1㊀坐标系定义如图1所示,对于限制水域内的两船之间的水动力干扰问题,建立O-ξηζ,o1-x1y1z1和o2-x2y2z23个坐标系㊂其中,大地坐标系O-ξηζ的ξOη平面与静水面重合,ζ轴竖直向下㊂o1-x1y1z1和o2-x2y2z2分别与Model1和Model2固连,x轴指向船艏,y轴指向船体右舷,z轴方向与ζ轴相同㊂图1㊀坐标系定义Fig.1㊀Definition of coordinate systems 1.2㊀控制方程与边界条件本文基于流体不可压缩,无粘性,流动无旋的理想流体假设,采用势流理论实时求解浅水中两船赶超与相遇过程中的水动力干扰问题㊂流域内合速度势Φ(ξ,η,ζ,t)可表示为:㊃206㊃第5期黄金,等:限制水域船舶水动力干扰快速计算方法Φ=V cur ξξ+V cur ηη+ϕ(1)式中:V cur ξ和V cur η分别是水中水平均匀流V cur 的纵向与横向分量㊂ϕ(ξ,η,ζ,t )为诱导速度势,诱导速度势的梯度为诱导速度V I =∇ϕ㊂在任意时刻,流域中任意一点的诱导速度势均满足拉普拉斯方程:Δϕ=0(2)诱导速度势ϕ在船体湿表面上满足不可穿透条件:∂ϕ∂n=V r ㊃n (3)式中:n 是船体湿表面上单位外法向量;V r 是局部相对速度:V r =V i -V cur ;V i 是第i 条船的速度㊂在水平水底上,速度势ϕ同样满足不可穿透边界条件:∂ϕ∂n=0(4)基于低傅汝德数假设,忽略船体兴波对船舶水动力干扰的贡献,使用合模法简化自由液面处的边界条件:∂ϕ∂ζ=0(5)㊀㊀势流理论中,流域内任意一点某物理量的值可由边界上的值表示,边界元积分方程为:㊀2πσ(M )+ʏSσ(P )∂G (M ,P )∂n M d S (P )=f (M )(6)式中:S 是2条船的湿表面;σ为源强;M (x ,y ,z )和P (xᶄ,yᶄ,zᶄ)分别为场点和源点;f (M )=V r (M )㊃n (M );G 为格林函数㊂由于使用镜像法和合模模型分别处理水平水底与自由液面处的边界条件,如图2所示,本文使用镜像格林函数:G (M ,P )=ðnj =-n 1r j +1rj(n ңɕ)(7)式中:r j =(x -xᶄ)2+(y -yᶄ)2+(z -zᶄ+2jH )2; r j=(x -xᶄ)2+(y -yᶄ)2+(z +zᶄ+2jH )2;H 为水深;n 为镜像次数,根据Suluto 等[12]的研究,本文镜像次数n 取为7㊂图2㊀镜像法示意Fig.2㊀The diagram of mirror image technique1.3㊀数值求解用Hess &Smith 面元法将船体表面分割成N 个四边形网格,上述积分方程(7)转化分线性方程组:ðNj =1A ij σj =V r ㊃n i (8)式中:A ij 为影响系数矩阵,未知数σj 为每个面元控制点处的源强㊂本文使用高斯-赛德尔迭代法求解该线性方程组的近似值㊂场点M 处的诱导速度势ϕ与诱导速度V I 可分别表示为:ϕ(M )=ðNjσj ∬ΔS jG (M ,P )d S (P )(9)V I (M )=ðNjσj ∬ΔS j∇M G (M ,P )d S (P )(10)船体表面压力分布由非定常伯努利方程可得:p =ρ-∂ϕ∂t +12(V 2r -V 2p )éëêêùûúú(11)式中:ρ是流体密度,V P =V I -V r ㊂通过沿着船体湿表面对压力p 进行积分,可获得作用在第k 条船的总干扰力:F pk =X pk e x +Y pk e y +Z pk e z =-ʏS kp n d S M pk =K pk e x +M pk e y +N pk e z =-ʏSkp (r ˑn )d S ìîíïïïï(12)1.4㊀船舶操纵与船间干扰力求解根据船舶操纵性方程得到惯性项水动力:X e =-μ11̇u+μ22uv Y e =-μ22̇v-μ26̇r -μ11uv (13)N e =-μ26̇v-μ66̇r +(μ11-μ22)uv -μ26uv 式中:u ㊁v ㊁r 分别是船舶纵向㊁横向的线速度以及转艏的角速度,̇u㊁̇v ㊁̇r 分别为对应方向的加速度,μij (i ,j =1,2, ,6)为船体附加质量㊂扣除惯性类水动力,即可获得由船-船水动力干扰引起的干扰力:X =X p -X e Y =Y p -Y eN =N p -N eìîíïïïï(14)㊀㊀对于本文所研究的问题,船体各方向的加速度都为零,式(13)获得的干扰力即为由船-船水动力干扰力㊂2㊀计算参数与结果分析分别模拟浅水中船舶平行赶超另一无航速船与两船平行会遇2种典型情况下的船-船水动力干扰问题㊂在模拟过程中,忽略水动力干扰对船舶姿态㊁轨迹与速度的影响㊂通过对比实验结果,验证实时计算方法的可行性与计算精度㊂㊃306㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷2.1㊀计算模型以Dand [1]公开发表的实验报告中的货船与油船作为研究对象,两船的主要参数见表1,两船型线见图3㊁图4㊂表1㊀船模参数表Table 1㊀Parameters of the models船模型号货船油船垂线间长L PP /m 3.323 3.962型宽B /m0.4730.506艏吃水T F /m 0.1620.208艉吃水T A /m 0.1700.218排水体积∇/m 30.1890.330方形系数C B 0.7010.761图3㊀货船型线Fig.3㊀The body profile of cargoship图4㊀油船型线Fig.4㊀The body profiles of tanker2.2㊀计算工况本文从Dand [1]的报告中选取了5个实验工况,用于验证船舶水动力干扰实时计算方法㊂其中2个工况属于船舶赶超干扰,另外3个属于会遇问题㊂这5个工况的主要参数见表2和表3㊂表2㊀赶超工况参数表Table 2㊀Configuration of the overtaking case工况参数工况1工况2水深h /m0.25350.5645横向距离η/m 0.80960.8096货船航速V P /(m ㊃s -1)-0.6304-0.9408油船航速V O /(m ㊃s -1)0.00000.0000货船傅汝德数F rh -0.4000-0.4000油船傅汝德数F rh0.00000.0000表3㊀会遇工况参数表Table 3㊀Configuration of the encounter case工况参数工况3工况4工况5水深h /m 0.25560.25350.2535横向距离η/m 0.55660.80540.8054货船航速V P /(m ㊃s -1)0.39090.27110.5185油船航速V O /(m ㊃s -1)-0.6395-0.6777-0.6320货船傅汝德数F rh 0.24700.17200.3290油船傅汝德数F rh-0.4230-0.4300-0.40102.3㊀计算参数的确定面元数量和时间步长是影响计算结果的重要因素,为保证快速计算要求,并保证一定的精度要求,需要对计算参数进行确定㊂面元数量和时间步长是影响船舶水动力干扰快速计算的重要因素㊂实时预报要求程序计算时间小于时间步长,而程序计算耗时主要在求解线性方程组,面元数量是最主要的因素㊂因此找出满足面元数量和计算时间的关系,就能确定不同面元数量对应的最小时间步长㊂通过多组数据得到如图5关系曲线㊂图5㊀面元数量与计算时间关系Fig.5㊀Number of panels versus calculation time由图可得,本文船型计算时间与面元数量成二次曲线关系,经过最小二乘拟合得到如下关系式:t =0.34907-4.74ˑ10-4x +3.88ˑ10-7x 2㊂其中t 为计算时间,x 为面元数量㊂由以上结果可得,为保证一定的精度要求,当面元数量较小时须采用较小时间步长,反之使用较大步长㊂因此,为了找到合适的面元数量和时间步长,对不同面元数量计算得到的干扰力进行计算并得到相对误差结果,满足误差最小的即为最佳面元数量,时间步长由上图确定㊂选取面元数量为2000,时间步长为0.5s 作为基准,由图5确定一系列不面元数量和时间步长,取不同工况计算干扰力结果并计算相对误差㊂相关参数见表4和表5,结果见图6和图7㊂㊃406㊃第5期黄金,等:限制水域船舶水动力干扰快速计算方法表4㊀面元数与时间步长表Table 4㊀Number of panels and time step货船面元数/N 油船面元数/N 面元总数/N 时间步长/s52448610100.2572471414380.4579878815860.50102298020021.001238122424621.501500128227822.00㊀㊀由图可得,误差最小出现在面元数量1600附近,根据5%误差标准,面元数取1520~1680时,误差最小㊂取总面元数1586进行计算,其中货船湿表面离散成798个面元,油船表面离散成788个面元,此时时间步长为0.5s㊂两船的湿表面网格见图8㊁图9㊂镜像次数n 影响水平水底的建模精度,从而影响水动力干扰的预报精度㊂由图10可见,当镜像数n =7时,水动力干扰的预报结果趋于稳定,也验证了Suluto 等[12]的结论㊂表5㊀工况参数表Table 5㊀Configuration of the caculation case工况参数工况1工况2工况3工况4工况5工况6水深h /m 0.25350.56450.56450.25350.25350.2535横向距离η/m 0.80960.80960.80960.80540.80540.5566货船航速V P /(m ㊃s -1)-0.6304-0.6034-0.94080.27110.51850.5185油船航速V O /(m ㊃s -1)0.00000.00000.0000-0.6777-0.6320-0.6320货船傅汝德数F rh -0.4000-0.4000-0.40000.17200.32900.3290油船傅汝德数F rh0.00000.00000.0000-0.4300-0.4010-0.4010图6㊀横向力相对误差结果Fig.6㊀Relative error of swayforce图7㊀摇艏力矩相对误差结果Fig.7㊀Relative error of yaw moment2.4㊀数值结果与实验结果对比由于Dand 的实验报告中只有作用于油船干扰力的试验结果,因此本文只对作用于油船的干扰力进行对比㊂数值结果与试验结果都作无因次化处理:图8㊀货船湿表面网格划分(面元数量818)Fig.8㊀Discretization of the wetted surface of the cargoship图9㊀油船湿表面网格划分(面元数量768)Fig.9㊀Discretization of the wetted surface of the tankerC y =2Y /(ρB 0T 0V 2p )C n =2N /(ρB 20T 0V 2p){(15)式中:C y 和C n 分别是横向力与转艏力矩系数;B 0和㊃506㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷T 0分别是货船的型宽与吃水㊂两船的相对位置也进行无因次化处理:ξ=ξp -ξo L o(16)式中:ξp 和ξo 分别为货船与油船的纵向位置,L 0为油船的垂线间长㊂当ξ<0时,两船的相对纵向间距逐渐变小㊂ξ=0时,两船船中对齐㊂ξ>0时,两船纵向间距逐渐变大㊂图10㊀不同镜像次数下油船受到的水动力干扰力Fig.10㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker obtained with different numbers of images2.4.1㊀赶超工况图11和图12是货船平行赶超无航速油船时,油船受到的船舶水动力干扰力,其中图11是工况1的模拟结果,图12是工况2的模拟结果㊂图11㊀工况1中油船受的水动力干扰力Fig.11㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker in Case1图12㊀工况2中油船受的水动力干扰力Fig.12㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker in Case 2㊃606㊃第5期黄金,等:限制水域船舶水动力干扰快速计算方法㊀㊀由图11(a)和图12(a)可见,当两船距离不断变小时,作用于油船的横向力先表现为排斥力,后表现为吸引力,并在ξ=0附近达到最大值㊂然后横向力随着两船的距离不断变大也逐渐降低㊂由图11(b)和图12(b)可见,转艏力矩的峰值大约出现在ξ=ʃ1时㊂以ξ=-1为例,货船的船艏与油船的船尾位于同一纵向位置,由于两船之间的流速较高,货船的船艏与油船的船艉的压力会降低㊂由于此刻低压区对应的力臂最大,因此转首力矩在此时达到极值㊂当ξ=0时,两船相对距离最小,船体表面的低压区转移到船体舷侧㊂此时低压区的压力最低,低压区面积最大,因此船舶收到的横向力最大,但由于此时低压力臂最小,所以作用于船体的摇艏力矩很小㊂对比两工况的干扰力,可发现:工况1的水深大约是工况2的一半,但干扰力的峰值却增大了4~5倍,说明了水深对船舶水动力干扰的显著影响,也印证了研究限制水域内船舶水动力干扰的重要性㊂对比试验结果可发现,不计自由液面效应与粘性效应的势流方法能够较好地预报船舶赶超过程中的干扰力趋势;但由于忽略了粘性和自由液面效应,在干扰力极值附近,数值结果数值结果均小于试验结果㊂对比两工况的预报极值可发现:本文使用的数值方法能够更好地预测大水深情况下的船舶水动力干扰㊂当水深较小时,由于忽略了上述因素且未考虑船舶升沉姿态变化,该势流方法在干扰力极值附近的计算精度较低㊂2.4.2㊀会遇工况图13㊁图14和图15分别是两船平行相遇过程中的油船受到的船舶水动力干扰,其中图13是工况3的模拟结果,图14对应工况4㊂图15对应工况5的结果㊂与2.3.1节相比,在本节模拟的会遇工况中,两船均有一定航速㊂图13㊀工况3中油船受到的水动力干扰力Fig.13㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker in Case3图14㊀工况4中油船受到的水动力干扰力Fig.14㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker in Case 4㊀㊀图13~15分别是油船在工况3~5中受到的横向力㊂与上节对比发现,两船面对面会遇过程中的干扰力变化趋势与赶超过程相同㊂对比3个工况发现:工况4中两船横向距离最大,两船速度最小,所以工况4中的干扰力最小;工况5相较于其他2个工况,两船的水深傅汝德数都较大,所以工况5中的转艏力矩曲线的第1㊁4极值与2㊁3相近㊂㊃706㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷图15㊀工况5中油船受到的水动力干扰力Fig.15㊀The hydrodynamic interaction forces acting on the tanker in Case5㊀㊀与试验结果对比发现:数值方法能够有效地预测两船会遇过程中船舶水动力干扰的变化趋势,但数值结果与试验结果在干扰力极值区域仍存在一定差异,且均小于试验结果㊂对于数值结果与试验结果存在差异的原因,主要为没有考虑粘性效应和没有考虑自由液面变化,此外船舶姿态对船舶水动力干扰也有一定的影响㊂由于文献可用于方法验证的工况较少,本文并没有进行系统地对比分析,研究不同水深㊁横向距离与船舶航速下,以上4个因素对船舶水动力干扰的影响与作用㊂3㊀结论1)通过与实验结果对比,验证了不计自由液面变化与粘性效应的势流理论方法能够捕获限制水域内船舶水动力干扰的主要成分,并准确预测其变化趋势,但该方法在预报干扰力极值时,计算精度仍有不足㊂从工程应用的角度讲,该方法计算效率高,计算精度可接受,从一定程度上可为限制水域船舶避碰与自主航行提供支撑㊂2)由于忽略了粘性效应㊁自由液面效应以及船舶姿态对船舶水动力干扰的影响,在某些极端工况下该方法精度有限㊂在中浅水(h/T>1.5),中低航速下本方法有着更好的精度㊂3)本文仅对该方法进行了初步的验证,只计算了典型工况,实际应用中需通过系列模型试验与粘性流数值模拟等手段对本方法进行更深入和系统的验证㊂参考文献:[1]DAND I W.Some measurements of interaction between ship models passing on parallel courses.Report R108[R]. 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一种双舵船的舵对船体的水动力干扰系数的测定方法[发明专利]
![一种双舵船的舵对船体的水动力干扰系数的测定方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e84d3fb7ad02de80d4d840ea.png)
专利名称：一种双舵船的舵对船体的水动力干扰系数的测定方法
专利类型：发明专利
发明人：赵桥生,国威,李永成,方田,王习建,徐令令
申请号：CN202010771143.8
申请日：20200804
公开号：CN111881522A
公开日：
20201103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种双舵船的舵对船体的水动力干扰系数的测定方法，涉及水动力技术领域，该方法针对双舵船在实验室水池环境下，通过对船模开展操纵性回转运动约束模试验获取相应的试验数据，对试验数据中的船体力和左右舵力进行数据插值和回归分析等数据处理方法就可以得到舵对船体的水动力干扰系数，填补了这一领域的技术空缺，而且该方法仅通过一个船模进行试验即可，减小了实验工作量，所有数据为一个整体，数据相关性高，具有良好的工程效果。
申请人：中国船舶科学研究中心
地址：214082 江苏省无锡市山水东路222号
国籍：CN
代理机构：无锡华源专利商标事务所(普通合伙)
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小间距的旁靠驳船间水动力干扰数值与试验研究
小间距的旁靠驳船间水动力干扰数值与试验研究徐亮瑜;杨建民;李欣;许鑫【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】当海上多船联合作业时，船体之间会发生水动力干扰。
当间距较小时，两船的水动力参数与间距内部波面升高在某些频率处存在强烈的共振现象，而基于理想流体的经典势流理论对此共振结果的模拟存在较大失真。
为了弥补此项问题，文章采用加盖阻尼法（damping lid method）对3 m间距旁靠布置的两艘相同驳船的水动力干扰现象进行研究。
通过在间距内部的自由液面边界条件上添加阻尼耗散项，使间距内部的过大波面升高被显著抑制，从而得到更接近实际的数值计算结果。
在此基础上开展模型试验研究，通过对比模型试验与数值模拟结果发现，当无量纲阻尼参数ε取为0.026时，两船之间自由液面升高、两船的运动响应与平均漂移力计算结果均与试验结果吻合较好。
【总页数】14页(P248-261)【作者】徐亮瑜;杨建民;李欣;许鑫【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】U661.32【相关文献】1.动力定位船舶水动力参数数值试验研究 [J], 姜哲;石珣;王磊2.火箭级间分离喷流干扰数值模拟与风洞试验研究 [J], 王志坚;伍贻兆;林敬周3.受电弓弓头与铰接装置间空气动力干扰的数值分析 [J], Mitsuru IKEDA;周冬妍4.电除尘器电流体动力学流动与极间干扰的数值模拟研究 [J], 周小颖;窦华书;陈小平5.LNG旁靠FSRU码头系泊的水动力性能试验研究 [J], 齐奎利;赵亚坤;刘磊;甘少炜;罗肖锋;田新亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
两船干扰力测试系统开发
两船干扰力测试系统开发叶明;姚朝帮【摘要】基于虚拟仪器技术和Labview软件平台,开发了两船干扰力测试系统,实现传感器数据的采集、实时显示、保存以及后续分析,系统可靠稳定；提出力传感器的“迭代标定方法”,利用开发的系统对传感器数据进行采集分析,验证了该方法的有效性.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2012(023)004【总页数】4页(P12-15)【关键词】两船干扰力;多通道数据采集;传感器标定【作者】叶明;姚朝帮【作者单位】海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室上海200011;海军工程大学船舶与海洋工程系武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U661.70 引言当今海运中，舰船编队海上补给与大型商船海上拖带等现象越来越普遍。
为指导编队海上补给以及商船海上拖带时两船的具体操纵规律，需探究两船或多船并列航行时相互之间的水动力干扰规律。
国内外关于该课题都开展了广泛的理论研究［1-4］，相比之下，试验研究较少，主要原因是：两船水动力干扰试验装置较为复杂，研制过程较为繁琐；试验成本较高且各种试验仪器接口、通信方式不统一，数据采集复杂，试验难度较大。
为验证理论计算方法和实现工程应用，开展两船水动力干扰试验必不可少。
试验过程中会涉及多个力传感器的数据采集，故开展基于Labview软件的干扰力数据采集分析系统的开发，并在此基础上实现力传感器的标定。
Labview是基于图形编译（Graphics，G）语言的虚拟仪器软件开发平台，它具有数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、输入输出控制等功能。
与传统编程采取的文本语言相比，Labview使用G语言编程，界面更加友好直观，是一种直觉式图形程序语言［5］。
基于Labview平台的多通道数据采集系统开发较多，如金仁江等开展了基于Labview软件的多通道温度测控系统设计［6］，吴俊勇等开展了基于Labview平台的多通道低温测试试验系统的研发［7］。
他们开展的研究为本文提供了思路，但是由于他们的研究都针对具体的应用对象，因此开发的系统或程序只适用于他们所使用的传感器，很难直接应用到其他类型传感器的数据采集系统中。
两船并行补给过程中耐波性的分析
两船并行补给过程中耐波性的分析
郑平宇;李鹏;刘敬喜;叶恒奎
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2017(012)002
【摘要】[目的]船舶在并行补给过程中不仅受风浪的影响,还受两船间水动力的相互干扰,会产生比单船运动更强烈的摇荡运动.为研究补给过程中船舶的耐波性,[方法]利用商用水动力学软件AQWA求取补给船与接收船摇荡运动的RAO函数,根据频域的计算结果进行不规则波下的响应幅值预报与时域分析,并采用相关函数的方法求得时域下的有义值.经与谱分析结果进行的比较,发现两者吻合较好.[结果]研究结果表明,两船间的水动力干扰对补给过程影响较大.[结论]所得结果可以避免补给过程中发生危险状况,确保补给作业安全.
【总页数】12页(P30-40,48)
【作者】郑平宇;李鹏;刘敬喜;叶恒奎
【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】U661.32
【相关文献】
1.横向补给状态下两船的摇荡运动特性 [J], 何学军;谭智尤;余鹏
2.两船波浪中并靠补给相对运动模型试验研究 [J], 施平安;何立居;叶家玮
3.静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究 [J], 高智勇;毕毅;姚朝帮
4.一种两船横向液货补给错位角测量装置设计 [J], 王岭;魏威;于清超;陈曦;董峰;杨国文
5.基于自动控制的两船并行航行自航模型测试平台 [J], 封培元;刘义;范佘明
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双体流体动力干扰的研究的开题报告
双体流体动力干扰的研究的开题报告
双体流体动力干扰是指两个或多个船舶、汽车等运动体在靠近运动过程中，由于流体
动力学效应导致的相互影响。
这种干扰现象在海洋、陆地、空气等各个领域都有应用，对于设计、控制和操作交通工具具有重要意义。
本次研究将探讨双体流体动力干扰的基本原理、数值模拟方法和实验技术。
在此基础上，研究其对交通工具运动性能的影响，特别是在高速运动和紧密接近的情况下，如
何减小流体动力干扰的影响，提高交通工具的性能和安全性。
具体研究内容包括：
1. 双体流体动力干扰的基本理论和模型
2. 数值模拟方法，包括CFD、LBM等
3. 实验技术，包括水池试验、风洞试验等
4. 双体流体动力干扰对交通工具运动性能的影响研究
5. 减小流体动力干扰的措施及其在实际中的应用
预期得到的研究成果包括：
1. 对双体流体动力干扰的基本原理和数值模拟方法的深入理解
2. 实验技术的提升和完善，可用于更加真实和准确地模拟双体流体动力干扰现象
3. 对交通工具运动性能的影响及其减小流体动力干扰的措施有较为系统和详细的认识，为交通工具设计、控制和操作提供理论支持和技术指导。
本研究对于提高交通工具的性能和安全性具有重要意义，并可应用于船舶、汽车、高
速列车等交通工具的设计和运营。
浅水域中多船编队航行时的船波干涉
浅水域中多船编队航行时的船波干涉
陈波;吴建康
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2005(22)2
【摘要】以Green-Naghdi(GN)方程为基础,采用波动方程和运动网格的有限元法研究多船在浅水域中集体航行时的波浪干涉特性。
把运动船舶对水面的扰动作为移动压强直接加在GN方程里,以描述运动船体和水面的相互作用。
GN方程合理地考虑非线性和频率散射对浅水船波的影响。
以Series60 CB=0.6船体为算例,给出两船并行、前后跟随、三船品字形编队航行时的波浪干涉图形,波浪阻力及侧向力的数值分析结果。
计算结果表明:1)当两船并行时,两船承受侧向吸引力,同时波浪阻力稍有增加。
2)当两船前后跟随时,两船的波浪阻力都减小。
3)当三船品字形航行时,前船的阻力减小,后船的阻力增加,同时后面两船的吸力减小。
【总页数】6页(P159-163)
【关键词】G-N方程;浅水船波;波动方程法;有限元法
【作者】陈波;吴建康
【作者单位】华中科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.基于高阶面元法的浅水域中船-船水动力相互作用数值预报 [J], 徐华福;邹早建;刘晓艳
2.变深度浅水域中非定常船波 [J], 陈波;吴建康
3.三峡升船机承船厢浅水船波自然频率的研究 [J], 吴建康;唐军沛
4.自航耙吸挖泥船浅水航道施工工艺研究 [J], 鲁运会;李涛
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GAO Zhiyong， BI Yi， YAO Chaobang
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （50879090， 5150256） ； 水动力重点基金资助项目 （9140A143071251311044） ； 航空科 作者简介： 高智勇， 男， 1992 年生， 硕士生。研究方向： 船舶流体动力性能。 学基金资助项目 （20152316005）
Department of Naval Architecture Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China Abstract： ［Objectives］ This paper researches the influence of hydrodynamic interaction between two parallel vehicles advancing in close proximity on maneuvering.［Methods］Based on an unsteady RANS approach，the hydrodynamic interaction between two parallel ship models advancing in calm water in close proximity is analyzed via numerical 3D simulations. The effects of transverse and longitudinal distances on hydrodynamic forces acting on the hull under distinct forward velocities are investigated. Meanwhile，the changes and contributions of various disturbance components in the hydrodynamic interactions of two parallel ships are discussed.［Results］ The results indicate that the lateral force reaches its peak when the longitudinal distance between the ships' centers is zero，with each ship drawing the other close. The effect of lateral interaction sees a downward trend with the lateral distance increases，with the maximum decrease of lateral force reaching 50% in the studied range. The longitudinal distance has a great effect on yaw moment，resulting in changes in value and direction. It is easier for two ships to collide when they are near or have just pulled away. The influence of wave-making on the hydrodynamic interaction between two hulls can be ignored at low speeds，while at high speeds it should be taken into account.［Conclusions］ The numerical results of this paper provide the basis for constructing a mathematical model of the interaction between two ships. Key words： two parallel ships； hydrodynamic interaction； calm water； wave-making
毕毅 （通信作者） ， 男， 1963 年生， 副教授， 硕士生导师。研究方向： 船舶流体动力性能。
第6期
高智勇等： 静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
7
0
引
言
力， 通过与试验结果的对比， 验证数值计算方法的 可靠性。并在此基础上， 进一步分析两船靠近、 并 行以及驶离时的相互作用力， 系统分析相互作用 力随横向和纵向间距的变化规律， 揭示两船近距 航行时的危险状态。
静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
海军工程大学 舰船工程系， 湖北 武汉 430033
摘 要： ［目的］为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响， ［方法］基于 RANS 方程对静水中
高智勇， 毕毅， 姚朝帮
并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟， 分析两船在不同横向间距、 纵向间距和航速条件下阻力、 横向力、 纵 向力及摇艏力矩的变化规律， 并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比 例。 ［结果］研究结果表明， 两船所受横向力在纵向间距为 0 （即中对中） 时最大， 表现为吸引力； 随着横向间距的 与驶离补给阵位时， 所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近， 此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波 对两船相互干扰的影响， 而高速航行时则不容忽略。 ［结论］所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学 模型的构建奠定基础。 关键词 ： 两船并行； 水动力干扰； 静水； 兴波 中图分类号 ： U661.32
式中： （i， j， t 为时间；ρ 为流体密度；x i ，x j ，x l 为 l=1， 2， 3） 空间分量； ui ， uj ， u l 为速度分量；p 为 静压；μ 为流体粘度；δ ij 为任意两个正交坐标基 --矢 量 点 积 ；- ρ u i' u 'j 为 雷 诺 应 力 ， 其中上 划 线 符 号
给过程中并行两船的耐波性。在理论研究方面， “—” 表示变量的时均值；fi 为单位质量力。 Tuck 等［10］、 Yeung［11］、 Davis 等［12］及 Xiang 等［13］基于 湍流模式为 RNG k -ε 模型： --细长体理论的匹配渐进展开法， 研究了开阔水域、 u i' u 'j k= （2） 狭窄水道中两船间的相互作用力， 并在研究中忽 2 ------' ' 略 了 流体粘性的影响。此外， Xiang 等［14-15］、 Yuan μ æ ¶u i ö æ ¶u i ö ε= ç （3） ÷ç ÷ 等［16-17］基 于 三 维 Rankine 源 法 研 究 了 波 浪 中 并 行 ρ è ¶x k ø è ¶x k ø 两船的水动力干扰问题； Zhou 等［18］采用势流理论 ε 为湍能耗散率；x 为沿平均 式中：k 为湍动能； 数值分析了限制水域船间水动力相互作用； 张谢东
文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.002
增加， 相互作用效应减弱， 横向作用力最大降幅达到 50% 以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大， 两船在进入
Numerical study of hydrodynamic interaction between two ships in calm water
1
1.1
控制方程
船体粘性流场计算方程
RANS 方程是粘性流体运动学和动力学的控
制方程， 本文以此作为求解船体粘性兴波流场的 基本方程， 其具体形式为：
¶ ( ρu ) + ¶ ( ρu u ) = - ¶p + i i j ¶t ¶x j ¶x i -' ' ¶ éμ( ¶u i + ¶u j ) - 2 μ ¶u l δ ù + ¶ ( - ρ u ） ê ú i u j ) + ρ f i（1 ¶x j ë ¶x j ¶x i 3 ¶x l ijû ¶x j
航运业的发展使得港口、 航道内的船舶密度 有所增加， 故海上补给以及两船之间货物、 燃油的 输送作业也日益频繁。受间距限制， 两船并行航 行时其内侧流场会发生变化， 相互作用力不可忽 视， 严重时还会危及船舶的安全航行， 甚至发生事 故。根据我国 1990 年颁布的 《船舶交通事故统计 规则》 统计结果， 船舶碰撞在海难事故中占有较大 比例［1］。因此， 两船靠近时的相互作用力规律及 影响因素是国内外学者研究的热点。 两船间的相互作用力研究方法分为模型试验 和理论计算 2 种。基于模型试验方法， Newton［2］， Remery［3］， Dand［4］分别研究了深水两船追越、 狭窄 水道两船会遇与超越， 以及航行船舶与系泊船的 水动力影响。近年来， Vantorre 等［5-6］通过开展一 系列模型试验， 全面研究了复杂工况下两船的水 动力相互作用， 并提出了较为实用的两船相互作 用 力 估 算 公 式 。 Lataire 等［7-8］在 船 舶 过 驳 作 业 方 面开展了一系列模型试验。郑平宇等［9］研究了补
k
等［19］、 陈波等［20］分别利用边界元法和 Green-Naghdi 方程研究了浅水中两船超越及会遇的相互作用 力； 许勇等［21-22］采用三维移动脉动源格林函数研 究了波浪中并行两船的水动力干扰问题， 建立了 相应的数值计算方法， 其计算值与试验值吻合度 较高； 周广礼等［23］研究了两船并行时漂角和相对 位置对水动力干扰的作用； 张 晨 曦 等［24］基 于 Fluent 和动网格技术研究了浅水中会遇船舶的相 互作用力； 徐华福等［25］基于高阶面元法对浅水中 两船会遇和追越时的两船水动力干扰进行了预 报。然而， 这些研究在采用势流方法计算时均忽 略了流体粘性的影响， 在采用粘性方法计算时均 忽略了航行兴波的贡献， 且对航行兴波在两船相 互干扰作用中的贡献也没有进行深入研究。 Navier-Stokes， RANS） 方程， 采用商用流体力学软 本 文 拟 基 于 雷 诺 平 均 N-S （Reynolds Average