第三章船舶在不规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件
合集下载
船舶操纵大风浪优选PPT
大风浪中的船舶操纵
• 船舶在波浪中的运动 • 船舶摇摆幅度及影响因素 • 纵向受浪的危害 • 大风浪及避台操纵方法
大风浪中的船舶操纵
• 船舶在波浪中的运动
– 波浪概述
• 波浪是水质点在外力作用下所形成的波动运动。 • 在深水中波浪的水质点以一定的速度作轨圆运动，
其波形以某一速度传播出去，而水质点本身并不随 波形移动。
• 波浪概述
– 波浪要素
• 波浪周期(wave period) • 波速(wave propagation speed)
– 相速度：等相位面或波峰(或波谷)在单位时间内的水平位 移。我们平时所说的“波速”指的就是“相速度”。
– 群速度：即群波传播能量的速度。其振幅最大部分的运 动速度称为群波的群速度。约为相速度(波速)的一半。
谐摇运动(Synchronous rolling motion)
• 波长(wave length)； 横浪，纵摇摆幅较小，横摇摆较大；
风浪的周期约数秒至数十秒，波长由几米至数百米，波高可达数米至十几米，风区内的波称为波浪(wave)，其波周期小于10s；
• 波陡(wave steepness)
大风浪中的船舶操纵
(m/ s)
大简幅述度 船横舶摇纵(向Pa受ra浪m时e•t的ric危根ro害ll据in和g预m波防ot措i浪on施)余。 摆线理论，
8＜λ / L ＜1.
波浪可用正弦或余弦波
2
T 空 如船果在船大 舶风 仍浪 发中 生航 较行 大的 的危摇表险 摆示性 ，应，进一根步据降低势船速流，理避开论“可临界区域”。 w
大风浪中的船舶操纵
• 波浪概述
– 波浪的折射与干扰
• 合成波，波速变小，波高增加，俗称为三角浪。 • 波高作周期性变化的群波3个或5个大浪随后又出现
• 船舶在波浪中的运动 • 船舶摇摆幅度及影响因素 • 纵向受浪的危害 • 大风浪及避台操纵方法
大风浪中的船舶操纵
• 船舶在波浪中的运动
– 波浪概述
• 波浪是水质点在外力作用下所形成的波动运动。 • 在深水中波浪的水质点以一定的速度作轨圆运动，
其波形以某一速度传播出去，而水质点本身并不随 波形移动。
• 波浪概述
– 波浪要素
• 波浪周期(wave period) • 波速(wave propagation speed)
– 相速度：等相位面或波峰(或波谷)在单位时间内的水平位 移。我们平时所说的“波速”指的就是“相速度”。
– 群速度：即群波传播能量的速度。其振幅最大部分的运 动速度称为群波的群速度。约为相速度(波速)的一半。
谐摇运动(Synchronous rolling motion)
• 波长(wave length)； 横浪，纵摇摆幅较小，横摇摆较大；
风浪的周期约数秒至数十秒，波长由几米至数百米，波高可达数米至十几米，风区内的波称为波浪(wave)，其波周期小于10s；
• 波陡(wave steepness)
大风浪中的船舶操纵
(m/ s)
大简幅述度 船横舶摇纵(向Pa受ra浪m时e•t的ric危根ro害ll据in和g预m波防ot措i浪on施)余。 摆线理论，
8＜λ / L ＜1.
波浪可用正弦或余弦波
2
T 空 如船果在船大 舶风 仍浪 发中 生航 较行 大的 的危摇表险 摆示性 ，应，进一根步据降低势船速流，理避开论“可临界区域”。 w
大风浪中的船舶操纵
• 波浪概述
– 波浪的折射与干扰
• 合成波，波速变小，波高增加，俗称为三角浪。 • 波高作周期性变化的群波3个或5个大浪随后又出现
船舶操作课件第三章
二、水动力与水动力转船力矩 1. 水动力
水动力在船体坐标系中的表达：
9.8 2 XW = W LdVW CWx 2 9.8 2 YW = W LdVW CWy 2 9.8 2 2 NW = W L dVW CWn 2
Cx 0.04 0.02
式中，Na为风力转船力矩（Nm）； CNa为风力转船力矩系数； L为船长；
当已经求得船舶所受的风力、风力作用中 心以及风力角时，风力转船力矩也可按下 式计算。
Na＝Fasin(lG－a) ＝Fasin(L/2－a)
式中，lG为船舶重心至船首的距离。
在船舶靠泊中，当船首或船尾处于一端用系 缆固定于泊位时，估算船舶所受的风力转船 力矩则应根据船舶实际受约束状态进行计算。 Na＝Fasina （船首固定时） Na＝Fasin(L－a) （船尾固定时）
2. 水动力转船力矩
水动力转船力矩可以表达成与水动力相 类似的形式， 即： 9.81 2 NW W C NW L2 d w 2
式中，CNW为水动力转船力矩系数，随漂 角、水深吃水比、船体水线以下形状等 的变化而变化。
三、风致偏转
船舶在风中的偏 转是船舶所受的 风力转船力矩和 水动力转船力矩 共同作用的结果。 船舶的偏转情况 可以分为两种， 即迎风偏转和背 风偏转。
Cy 0.8 0.6 0.4
Cn 0.1 0.05 0 -0.05 45 90 135 ¦ Â( 0)
0 -0.02 -0.04
45
90
135
¦ Â( 0) 0.2
-0.10 0 45 90 135 ¦ Â( 0) -0.15
波浪载荷讲义
第三章 波浪中的船舶运动与三维线性势流理论
三维线性势流理论是深入研究船舶在波浪中的运动与波浪载荷特性所必备的基础知识。 本章将扼要阐述船舶在规则波中的运动与流场速度势的表示， 非定常扰动势的定解条件与面 元法，船舶运动的稳态解与波浪诱导载荷计算等内容。 3.1 船舶在规则波中的运动与流场速度势的表示 3.1.1 基本假定 在势流理论中，通常引入下述基本假定： ① 认为流体是不可压缩的理性流体，其表面张力效应可忽略不计； ② 运动是无旋的，即存在速度势 Φ ( x, y , z, t ) ，其梯度 ∇Φ ( x, y , z, t ) 给出流体质点的速度 矢量。 于是，可采用速度势的方法来研究波浪以及船舶在波浪中的运动。 在线性理论中，所考察的波浪是微幅波。此外，为简单计，通常还认为水域底部以光滑 水平壁面为界，水深为常数；并假定水中没有流。 3.1.2 船舶在规则波中的运动 设船舶在微幅规则波中以一定的航速和航向行驶， 由于波浪的扰动而引起船舶的摇荡运
船舶波浪载荷
目录
第一章 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ论 第二章 海浪
2.1 海浪谱的表达式 2.1.1 频率谱式 2.1.2 方向谱式 2.2 海浪长期统计资料的选用 2.2.1 世界各主要船级社所采用的海浪长期统计资料 2.2.2 1991 年 IACS 推荐的标准海浪资料 No.34 2.2.3 九十年代后期海浪长期统计资料研究工作的新进展 2.3 影响我国船体设计的几个主要海浪统计资料
第七章 波浪载荷设计值
7.1 确定波浪载荷设计值的原则
7.2 7.3 7.4 7.5 7.6
剖面波浪载荷的设计值 低频波浪载荷分量之间的组合 砰击载荷的设计值 极限强度校核中的波浪载荷 疲劳强度分析中的波浪载荷
第八章 船舶波浪载荷的试验研究
耐波性绪论船舶运动学PPT课件
girder response
- advanced experimental techniques, elastic models - numerical modelling
第27页/共36页
砰击试验
第28页/共36页
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
第1页/共36页
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
第2页/共36页
海浪的描述
不规则性 随机性
第3页/共36页
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
第11页/共36页
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
- advanced experimental techniques, elastic models - numerical modelling
第27页/共36页
砰击试验
第28页/共36页
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
第1页/共36页
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
第2页/共36页
海浪的描述
不规则性 随机性
第3页/共36页
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
第11页/共36页
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
船舶在波浪中的运动理论-ch2_海洋波浪理论1
or 0 z zh
在上述假设下，对波动问题相应的分析处理思想及方法称为
小振幅波理论、线性波理论、正弦波理论、Airy波理论。
LECTURE NOTES ：OCEAN WAVE THEORY
15
§2.2 水波理论
——平面波
先考虑一种简单的平面驻波：仅沿x方向传播，y方向各截面内
的波动均相同,
a cos(kx t)
LECTURE NOTES ：OCEAN WAVE THEORY
§2.2 水波理论
——小振幅波理论
若波动的波幅 a与波长 相比为小量，即 a 1 ，并注 意到未知的自由面与静水面z=0 的差别为O() ，从而微幅波的定解
问题归结为：
2 0
(p )
2 t 2
g
z
0
(z 0)
zh 0
h 2 kg
zLeabharlann x; txo
LECTURE NOTES ：OCEAN WAVE THEORY
20
§2.2 水波理论
流场速度分布：
V
——平面波基本特性
(x, z;t) g a ekz sin(kx t) (x, z;t) g a ekz sin kxcost
质 点 运 动 轨 迹 ： (x x0 )2 (z z0 )2 ( aekz0 )2
LECTURE NOTES：
船舶在波浪中的运动理论
Theory of Ship Motions in Waves
CH2. 海洋波浪理论
Ocean Wave Theory
本章内容：
2.1 海洋波浪概述 2.2 水波理论基础
定解问题、线性与非线性水波、水波运动特征
2. 3 风浪
船舶操纵运动方程船舶运动学PPT课件
第21页/共36页
§2 -1-4 线性操纵运动微分方程
➢ 首先对水平面操纵运动的一般方程进行线性化处理． ➢ 然后和水动力、力矩的线性表达式回代到一般方程． ➢ 进行线性理论处理，忽略高阶小量得出线性微分方
程组，即为船舶操纵运动的基本方程．
基 本 方 程
(m Yv )v Yvv (mxG Yr )r (mu1 Yr )r Y (mxG Nv )v Nvv (I z Nr )r (mxGu1 Nr )r N
▪本节所述为通常采用的计算处理方法．
▪也可以将流体水动力、力矩按其成因分为流体惯性
力和流体粘性力两部分．流体惯性力采用势流理论求
解．流体粘性力表示真实流体中所受的力，运用函数 关系，采取泰勒级数展开求解．
第23页/共36页
船舶操纵性与耐波性
§2 -1-5 水动力导数
1. 定义 2. 表示符号 3. 物理含义
§2-１－１ 坐标系
二、运动坐标系Oxy
运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动,如图所示。
O xy z构成一右手法则的固结 在船体上的坐标系。
O是动坐标系的原点，通常可选 取船舶重心或者船中剖面处。
Ox轴为船纵轴，其方向指向船 首为正
Oy轴与纵剖面 垂直，以指向右 舷为正。
Oz轴垂直于水线面，以指向龙 骨为正。
为初始状态．可以得到最后的简化的线性表达式：
第18页/共36页
船体的水动力、力矩表达
X X (u, v, r, u, v, r, ) Y Y (u, v, r, u, v, r, ) N N (u, v, r, u, v, r, )
➢ 忽略推进器转速n、n’ 的影响,操舵时间极短δ’ = 0 X方向不考虑（WHY?)；展开 Y、N:
船舶纵摇与 垂荡PPT课件
第32页/共60页
船舶在不规则波中的垂荡与纵摇
(2) 临界区域
➢ 当船舶的谐摇波长位于成分波区间时，这时波浪给予船
舶较多的能量、因而产生激烈的运动，称为临界区域
➢ 在临界区域内，船舶的纵摇和垂荡都是十分严重的，甚至出现严重的砰 击和上浪，使驾驶者不得不被迫减速。 ➢ 对于快速船有砰击限制航速和上浪限制航速，—艘新设计的船，耍选择 适当的干舷高度，使临界区域内的上浪限制航速大于砰击限制航速。 ➢一般说来，砰击是决定风浪第中3快3页速/共船6舶0页速度的主要因素。
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
1.垂荡运动方程及解 运动方程解为： 其中：
可记为
垂荡放大因数
第10页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
2.纵摇运动方程及解 运动方程： 其中： 整理
第11页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
λ/L对垂荡、纵摇的影响
第13页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
四、船舶在规则迎浪中垂荡与纵摇的运动特点
3.因为船尾形状不对称，故船在迎浪航行时发生垂荡和纵摇的耦合影响， 上述推导内容只是定性分析。 4.船速对船舶迎浪航行的垂荡和纵摇运动影响很大。
航速对垂 荡与纵摇 运动的影 响如图：
第14页/共60页
d m——有效波面处吃水，可取 d m＝σd， d为船舶吃水。σ为该剖面面积系数
第2页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
一、简化计算所作的假定：
5. 船体作为细长体，对各个横剖面做2元 问题处理，即平面流假设——流动只有 沿切片平面内流动，与横剖面切片垂直 方向没有流动。
船舶在不规则波中的垂荡与纵摇
(2) 临界区域
➢ 当船舶的谐摇波长位于成分波区间时，这时波浪给予船
舶较多的能量、因而产生激烈的运动，称为临界区域
➢ 在临界区域内，船舶的纵摇和垂荡都是十分严重的，甚至出现严重的砰 击和上浪，使驾驶者不得不被迫减速。 ➢ 对于快速船有砰击限制航速和上浪限制航速，—艘新设计的船，耍选择 适当的干舷高度，使临界区域内的上浪限制航速大于砰击限制航速。 ➢一般说来，砰击是决定风浪第中3快3页速/共船6舶0页速度的主要因素。
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
1.垂荡运动方程及解 运动方程解为： 其中：
可记为
垂荡放大因数
第10页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
2.纵摇运动方程及解 运动方程： 其中： 整理
第11页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
三、垂荡与纵摇的运动微分方程及解
λ/L对垂荡、纵摇的影响
第13页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
四、船舶在规则迎浪中垂荡与纵摇的运动特点
3.因为船尾形状不对称，故船在迎浪航行时发生垂荡和纵摇的耦合影响， 上述推导内容只是定性分析。 4.船速对船舶迎浪航行的垂荡和纵摇运动影响很大。
航速对垂 荡与纵摇 运动的影 响如图：
第14页/共60页
d m——有效波面处吃水，可取 d m＝σd， d为船舶吃水。σ为该剖面面积系数
第2页/共60页
船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇
一、简化计算所作的假定：
5. 船体作为细长体，对各个横剖面做2元 问题处理，即平面流假设——流动只有 沿切片平面内流动，与横剖面切片垂直 方向没有流动。
第三章船舶在不规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件
海浪的统计分析
四、海浪的统计特性计算
设波幅按大小依次排列，取出1/n最大波幅加以 平均，其平均值即为所求指标。如下图所示： 根据定义，其平均值为图中阴影面积中心的横坐标。
海浪的统计分析
四、海浪的统计特性计算
化简可知，它是标准差的函数。有如下定义：
海浪的统计分析
四、海浪的统计特性计算
通常要知道随机过程的振幅的最大值的平均值。 取样N×m个，每段内最大值的平均值，在
海浪的统计分析
二、海浪的平稳性和各态历经性
4。海浪的各态历经性 a. 样集中每一个现实的统计特性相等。
海浪的统计分析
二、海浪的平稳性和各态历经性
b. 样集的统计特性等于一个现实的统计特性。
总结
对于海浪及海浪引起的摇荡运动，都看成是具备各态 历经性的随机过程。由上面的分析看出，对于具备各 态历经性的随机过程，可以用单一记录的时间平均来 代替整个记录的样集平均，使随机过程的数据分析工 作进一步简化。例如，分析某一海区的风浪特性，根 据各态历经性假定，只要取一个浪高仪足够长的时间 记录，例如20 MIN的记录，进行分析所得的统计特性 就能表征整个海区的统计特性。
海浪概述
风浪三要素
1. 风速: 在水面规定高度上风的前进速度； 2. 风时: 即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间； 3. 风区长度: 即风接近于不变的方向和速度时在开敝 的水面上吹过的距离。
海浪概述
风浪三要素
海浪概述
东中国 海10月 风浪频 率及最 大波高
海浪概述
涌浪（SWELL）
虽然都是表面波，但风浪和涌浪是有很大区别的。风直 接吹向海面而产生的波浪叫做风浪。 但是，从远处 传来的风浪，在到达本海域时，风几乎已没有，人们看 到的这种波浪叫做涌浪。在一个海域，往往是风浪和涌 浪相混合的。
第三章船舶横 摇
三、横摇微分方程解及频率响应函数
2。求解方程： 令其特解： 其中 为横摇角与波倾角的相位差 为波浪频率 将特解代入原方程：
三、横摇微分方程解及频率响应函数
求解方程： 由上可得横摇角：
定义
放大因数：
横摇幅值与有效波倾之比。
相位角：
三、横摇微分方程解及频率响应函数
三、横摇微分方程解及频率响应函数
不同种类船舶的固有周期
二、固有周期
5、横摇固有周期计算
计算横摇周期，主要是计算惯性矩。通常采用 近似公式估算。
0.7＜∧θ＜1.3
0.7 谐摇区 1.3
∧θ
设计横摇固有周期
海洋的波浪周期是有一定范围的，根据大量的统计资料可知， 波浪周期大于10s以上的比较罕见，短周期波浪出现较多。因此， 在船舶设计中，必须根据船舶航行海区的波浪情况，确定船舶的 固有周期。一般使船舶的固有周期尽量大些好，以避免共振横摇 的发生。大致取 ∧θ＝(Tθ ／ TB )＞1．3。
二、横摇受力分析
阻尼是影响船舶横摇最重要的因素，船舶横摇阻 尼与船型、舭龙骨、装载状况、横摇频率和横摇幅 值有关 ，精确地确定阻尼力矩是横摇研究中最困难 的问题。通常根据模型试验得到，在设计初期采用 经验公式估算。
二、横摇受力分析
二、横摇受力分析
3.惯性力矩
4. 波浪扰动力矩
二、横摇受力分析
（理论计算求频响）
船舶线性横摇 2。理论计算法求频率响应函数
其中：
放大因数
有限船宽的修正系数
有限吃水的修正系数 其值由下图查取。
船舶线性横摇
有限吃水的修正系数
船舶在不规则波中的线性横摇 3。可求横摇的位移、速度和加速度方差：
总结：以上是理论方法求频率响应函数和运动响应。
第一章船舶在静水中的摇荡 船舶运动学教学课件
zo
Over damped
zo e ( b / 2 a ) t
No-Damping
t
Under damped Critically damped - Under Damped : samll damping, several oscillations - Critically Damped : important level of damping, overshoot once - Overdamped : large damping, no oscillation
四、阻尼系数的确定
2. 横摇的消灭曲线 纵坐标和横坐标的函数关系对应于阻尼力矩 和横摇角速度的函数关系：
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
3. 阻尼系数与消灭系数之间的关系（能量法） 基本思想：在T/2内，幅值改变后势能减小 量等于阻尼消耗的能量。
能量相等
船舶在静水中的有阻力横摇
四、阻尼系数的确定
3. 阻尼系数与消灭系数之间的关系（能量法） 由上述方程可得：
结论：只要知道了消灭系数之后就可以确 定无因次衰减系数。其中消灭系数可以根据船 模试验求得。
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
4. 经验公式（简单介绍） a)
b)
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
4. 经验公式 c)
d)
简谐运动
Simple Harmonic Motion
弹簧-质量-阻尼系统 spring mass
damper
- Equation of motion (Free Oscillation) & Solution
The motion of the system is affected by the magnitude of damping.
Over damped
zo e ( b / 2 a ) t
No-Damping
t
Under damped Critically damped - Under Damped : samll damping, several oscillations - Critically Damped : important level of damping, overshoot once - Overdamped : large damping, no oscillation
四、阻尼系数的确定
2. 横摇的消灭曲线 纵坐标和横坐标的函数关系对应于阻尼力矩 和横摇角速度的函数关系：
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
3. 阻尼系数与消灭系数之间的关系（能量法） 基本思想：在T/2内，幅值改变后势能减小 量等于阻尼消耗的能量。
能量相等
船舶在静水中的有阻力横摇
四、阻尼系数的确定
3. 阻尼系数与消灭系数之间的关系（能量法） 由上述方程可得：
结论：只要知道了消灭系数之后就可以确 定无因次衰减系数。其中消灭系数可以根据船 模试验求得。
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
4. 经验公式（简单介绍） a)
b)
船舶在静水中的有阻尼横摇
四、阻尼系数的确定
4. 经验公式 c)
d)
简谐运动
Simple Harmonic Motion
弹簧-质量-阻尼系统 spring mass
damper
- Equation of motion (Free Oscillation) & Solution
The motion of the system is affected by the magnitude of damping.
船舶运动学
2019/10/18
5
概念(续1)
船舶操纵性
2019/10/18
航向稳定性
指船舶能自动保持初始航 向的性能，包括动态稳定 性和静态稳定性
回转性
转舵使船作圆弧运动的性 能称为船舶回转性
转首性
表示单位舵角引起的首向 角变化快慢。
6
船舶操纵性能评估
评判一艘船舶是否具有良好操纵性能对于船舶航行安全 至关重要。
关键问题：仿真模型建立、操纵运动水动力的获取
7
试验值
6
计算值
5
4
X(m)
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Y(m)
1000吨内河货船模35度操纵回转轨迹
1000吨内河货船模15/15Z形操舵试验
2019/10/18
18
船舶操纵控制设备
车、舵、锚、缆以及拖船
车—— 螺旋桨
把主机发出的功率转换成推动船舶前进的功率的装置或机构
自航模试验 计算机仿真
2019/10/18
16
船舶操纵性能预报（续1）
自航模试验
在船模上安装推进电机、蓄电池、螺旋桨、舵机和操舵设备， 采用无线电遥控，使其以所需的航速进退和按规定的操舵方 式操舵。
露天操纵水池
2019/10/18
17
船舶操纵性能预报（续2）
计算机仿真
应用计算机仿真预报船舶操纵性越来越广泛。
2019/10/18
13
船舶操纵性能评估（续3）
螺旋试验
包括正螺旋试验和逆螺旋试验 目的是判定船舶航船稳定性的好坏
2019/10/18
14
船舶操纵性能评估（续4）
船舶耐波性-ch3_船舶在静水中的自由横摇
表明：无阻尼自由横摇——简谐振荡 表明：无阻尼自由横摇——简谐振荡。 ——简谐振荡。
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
10 . 3 J ϕϕ + ∆ J ϕϕ Dr
Tϕ =
ϕ max
ϕ max ——最大横摇角（rad） 最大横摇角（ ） 最大横摇角
r ——横稳性半径 横稳性半径(m) 横稳性半径
10
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
11
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
线性阻尼规律的自由横摇 船舶小幅自由横摇时，可以认为横摇阻尼为线性规律， 船舶小幅自由横摇时，可以认为横摇阻尼为线性规律，即
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
5
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
10 9
Dh
横摇有义值 (°)
Tϕ = 2 π
J ϕϕ + ∆ J ϕϕ
J ϕϕ + ∆ J ϕϕ = D 2 ρϕ g
Tϕ = 2 . 01
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
海浪概述
风浪三要素
1. 风速: 在水面规定高度上风的前进速度； 2. 风时: 即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间； 3. 风区长度: 即风接近于不变的方向和速度时在开敝 的水面上吹过的距离。
海浪概述
风浪三要素
海浪概述
东中国 海10月 风浪频 率及最 大波高
海浪概述
涌浪（SWELL）
虽然都是表面波，但风浪和涌浪是有很大区别的。风直 接吹向海面而产生的波浪叫做风浪。 但是，从远处 传来的风浪，在到达本海域时，风几乎已没有，人们看 到的这种波浪叫做涌浪。在一个海域，往往是风浪和涌 浪相混合的。
三一有义波高
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
2。叠加原理 假定：不规则波可以看作由许多不同频率、不同
波幅 和随机相位的单元波叠加而成。表征公式如下：
基本思想：规则波
不规则波
海浪的统计分析
不规则海浪由许多规则波叠加而成
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
3。不规则波的分析。 假定：组成不规则波的单元波都是同一方向。 长峰不规则波：即是二因次不规则波，所有单元波的 总和代表的不规则波也是在单元波同一方向传播的。 垂直于波前进方向的波峰线是很长的。 短峰波：当不规则波是由不同方向传播的单元波 叠加而成的，也称为三因次不规则波。 总结：自然界中没有真正的长峰波，只有涌比较接 近；波浪都属于短峰波。风浪存在主传播方向，工 程上采用长峰波符合应用要求。
海浪概述
风速和波高的相关性
海浪概述
风向方位图
海浪概述
风 级 表
海浪概述
风 力 等 级 表
海浪概述
风浪
风浪是在风的直接作用下产生的海浪。 它对海上作战、船舶航行、渔船作业等 均有很大的影响。舰艇武器的射击，登 陆地点和时间的选择，雷达的使用，水 上飞机的起落，水雷的安放等，都受风 浪情况的影响。
第三章 船舶在不规则波中的摇荡
船舶在不规则波中摇荡
海浪 概述
海浪统计 分析
摇荡运动的 谱分析法
不规则线性 横摇预报
不规则垂荡, 纵摇预报
波浪 的分 类； 风级
、浪 级与 海况
各态 历经, 平稳 随即 过程 的概 率密 度函 数
基于 海浪 谱的 统计 特性 计算
频率 响应 函数, 与运 动谱 的关 系
海浪概述
定义
海洋中波浪是由各种作用力而引起的，例如: 由风引起的风浪， 由日月吸引力的改变而产生的潮汐， 由海底火山或地震活动而产生的地震波， 由船的运动而引起的船波等。
通常所说的海浪是指风浪。风浪是海面上分 布最广。对于船舶航行和海洋工程实际活动 影响最大的波浪。
海浪概述
海浪的分类
各要素分 类
海浪概述
风浪要素定义
1.表观波长 2.表观波幅 3. 表现周期
海浪概述
Ocean (Irregular) Waves Definitions of Zero-Upcrossing & Downcrossing
Root-mean-Square (RMS), Skewness and Kurtosis Ochi (1998) Ocean Waves
➢浪级的划分是按波浪尺度而定 --风浪的级别
由波高大小决定，波高越大、浪级越高
➢ 风级是按风速大小而定
➢ 海况是描述海面的外形，不仅反映波浪的尺度
变化，同时还反映海面其他变化。
海浪概述
涌浪根据涌高从0到9分成10级
表13-3
涌 浪 浪 级
海浪概述
风浪根据三一波高、十一波高从0到9分成
10个等级
表13-4
涌浪是离开风区向外传播的风浪，或风区内的风开始减 小甚至停止后留下的风浪。
涌浪不像风浪那样复杂多变，它的波面比较平滑，波峰 线比较长，波长较长，波形接近摆线。涌浪传播速度c 与波长有关，
C = 1.25√λ
海浪概述
东中国 海10月 涌浪频浪级与海况
风级、浪级与海况三者之间有一定关系，但是 它们在概念上又是不同的。
1.表面张力波
2.短周期重力波 3.重力波
周期 0.1s以下 0.1~1s
1~30s
4.长周期重力波
30s~数十分
5.长周期波
5Min~12h
6.潮汐波 （潮浪）
7.超潮汐波（潮浪）
12~24h 24h以上
复原力 表面张力
重力
重力和地球自 转的转向力
能源
实例 微波
海面上的风
风、气压变化等气 象的扰乱，海啸
由运 动谱 密度 函数, 对摇 荡运 动的 统计 特性 计算
线性 横摇 的频 率响 应函 数
横摇 运动 谱密 度函 数及 其统 计特 性
垂荡, 纵摇 频率 响应 函数
垂荡, 纵摇 统计 特性 求取
第三章 船舶在不规则波中的摇荡
第一节 海浪概述
海浪概述
海洋环境载荷--风、浪、流
海洋波浪、风、流会对海上结构物施加 很大的作用力，其中，波浪是其最主要 的作用力。海面上的波浪最大高度可达 二、三十米，对海洋中和海岸处的工程 建筑物，如船舶、采油平台和港口等， 会产生巨大的破坏力，是这些建筑物的 主要载荷。
低气压、台风等气 象的扰乱，地震
由太阳、月球引起 的潮汐力
海面上的波浪 （风浪和涌） 静振、副振动、
破碎波 海啸，暴风潮
半日潮、一日潮
潮汐力，台风
海浪概述
海洋表面波能大致分布图
海浪概述
深水和浅水中的水质点轨迹
海浪概述
风
正象海水运动一样空气也是不断地运动着的。按照运
动方向，空气运动可以分为水平的和垂直的两部分，其中
风 浪 浪 级
海浪概述
海况-风直接或间接作用下的海面所呈现的外貌
称为海况，取决于风速、风时、风区，受海岸、
岛屿、水深的影响。
表13-5
海 况
海浪概述
海 况 与 风 级 的 关 系
第三章 船舶在不规则波中的摇荡
第二节 海浪的统计分析
海浪的统计分析
一、海浪的统计规律以及叠加原理
1。风浪是一种随机现象，是不规则、不确定的， 但统计值（统计规律）是稳定的，确定的。
空气的水平运动称为风。
大气作用于地球表面单位面积上的力叫做大气压力，简 称气压。当温度0℃时，纬度45℃的海平面气压为 101325Pa(即标准大气压)。
风的特征是用风向和风速两个量值来表示的，风向是指
风的来向，而不是去向，按10个方位测定。风速是空气在 单位时间内所流过的距离，单位一般采用m／s或km／h表 示，为了便于使用，可按风速大小把风速分为13个风级， 称为蒲福风级表，但此表仍然不能包括全部自然界中所有 出现的风，例如龙卷风等，其风速可达100~200m／s。