三体船纵向布局变化对波浪载荷影响的研究

方案 。
法 ）解 决 二 体 船 周 同流 场 的 非定
［ 一一流体静力 系数 （ Ｃ】 恢
复 力 系数 ） ；
关 键词 ：三体船 ；纵 向布局 ； 常扰 动 势 ， 以时域 结 果 为基 础 ，
波 浪栽 荷 ；长期 预报
最 终转 换 为 频域 结果 而进 行 长 期
预报 。
三 体船 总 横 剖面 波 浪 载荷 ，因此
（ ＝一ｘ ＿ ／ １ｅ 『 ） Ｐ Ｉ
质 量 模 型 可 以 由沿 主体 中纵剖 面
用 三 体 船 剖面 波 浪诱 导 载 荷 值大 小米 反映 和评 估 三 体船 的波 浪载 荷 。 长期 预 报 由许许 多 多 的 …
短 期预 报 所组 成 。波 浪 诱 导运 动
二 体 船 在 规 则波 中 的运 动微
研 究 文献 的 基 础上 ，对 三体 船 侧 波 浪 中运 动 时 ， 二个 片 体与 波 浪
体 纵 向位 置 进行 相 关地 变化 。组 之 间相 互 干扰 所 产 生 的波 浪 载 荷 分 方 形 式 为 成 四种 研 究方 案 ，分 别对每 个 方 也异 常 复 杂 ，本 文将 从 三体 船 主
３ ．研 究模 型及方案
３ １研 究模 型 ． 本文研 究 的三体 船借 鉴 英 同
督
一
删
沿基线长度 （ ） 米
图 １ 全船 重 量分 布 ３ ２研 究方案 ．
倍 的主 体设 计水 线 宽 的范 围 内，
面 和侧 体 船 舯剖 面 纵 向相 对 距离
为 了 减 小 片 体 间 波 浪 的 干 本文参考～些资料和模型阻力试 太 火 ， 则侧 体船 舯太 靠近 主 体船
义 以方 向谱 的形 式 米 表达 。本 文 主要 采 改 进 的Ｐ Ｍ ， 种形 式 —谱 这
可 以更加 直 观 地应 刚 丁Ｉ 中 ， ： 公 式可 写成 如 卜 形式
（ ） 船 体运 动及 波浪均 是 １
（ ） 视 水 为无 粘性 流体 ， ２
且 为 不可 压缩 的理想流 体 ，其 表 面 张 力效应 可 忽 略不计 ； （ ） 运 动是 无旋 的 ，考虑 ３
船 体沿 中剖 面 和 中纵 剖面 对 称 ， 期 由 零 阶 矩 利 二 阶 矩 共 同 决 期 响应 分布 。 本 文 采 用 双 参 数 和 ｍ 的 两 侧 体 设 计 排 水 量 占 主 体 的 定。 ２ ３ 长 期预报 ．
Ｗ ｉ ｕ 布 来拟 合 船 体 运 动 和 ｅｂｌ １分
要有较 为详 细 的大前 提 下 进 行 剖面 波 浪载 荷 的
舯 削 面 纵 向相对 距 离 ，即主 体 舯 的二 体 船全 船 重 量 分 布情 况 。为 计 算 。如 是 二 体船 的主 要重 量 卜 剖 面 所 在 的 平面 与侧 体 舯剖 面 所 了更 加清 楚地 描 述 片 体布 局 变化 载荷 参数 ：
《 科技 与 管理 》２ １ 年 第 ３期 ０ １ 文 章编 号 ：２ ３ ／Ｓ （ ０ １ ３ ０ ０ ０ Ｇ ２ １ ）０ － ２
三体 船 纵 向布 局 变 化 对 波 浪 载 荷 影 响 的研 究
黄晓琼 李菊红
摘
要 ：在 三 体 船 阻力优 化 段 仍 然 不 可 忽略 的 问题 ，尤 其 在 绕 射 和辐射 的影响 。
— —
Ｑ（） — ＠） （ ） ＝ｌ ５
了三 体 船全 船 纵 向重量 分布 的详
细 情况 。全 船 重量 分布如 图 １所
不 ：
Ｒ ｙ ｅ ｇ 分 布 取 决 于 唯 一 参 数 ａ ｌ ｉｈ
√ （ 中 为 ２倍的波浪载荷 其 方差 ） 冈此如果知道 √ 的Ｋ期 ，
．４ 扰 ，两 片 体 中心 线 的距 离 变 化范 验确 定为 １ ３ 。本文 研 究主侧 体 艉 ，直接 影 响 三 体船 总布 置 和 结 阻 同 一 般不 会 太 人 ，根 据 布 局优 化 船 舯纵 向位 置 的变化 对 三 体船 水 构 设 计 。综 合 以上几 种 冈素 （ ， 和 阻 力方 面 的文 献 …… ，主 侧 体 动 力 的影 响 时 ，变化 范 围取 为船 力性 能 、总体 布置 、结 构设计 ） 所 纵 向中心线 的距 离取 值在 １ １５ 舯 到 船艉 之 间 ，如 果 主体 船 舯剖 具体 研究 方案 如表 １ 示 ： ～ ．
［９ｃ＝ Ｊ － ６ｏ） ４（ Ｔ
（ ３）
长期预报 是许 多个 短 期 Ｒ ｙ ｅ ｇ 的三 体船 设 计 方 案等 资料 设计 而 ａ ｌｉｈ
分 布 的 总 和 并 且 是 满 足 正 态 分 成 ，三 体 船 主 体 部分 属 于方 尾 、
ｅ ｂ ｌ ｉｌｙ 其 中 ，有 义波 高 日 由海 浪 布 。因此 用 正 态 分布 和 Ｗ ｉｕ １ 无球 鼻 艏船 型 ，侧 体采用 Ｗ ｇ ｅ 双 ，即 谱 的零 阶矩 ｍ 决定 ， 均跨 零 周 分 布 来拟 合 船体 运 动 和 载荷 的 长 船 型 （ 向抛 物 线数 学船 型 ） 平
舷， Ｚ轴 沿船 中心 线垂 直 向上 ，原 坐 标轴 与 模 型 计算 坐 标 系 的坐 标 图 ２所 示 ：
点在 主 体艉 梓 基 线 的交 点 处 。
／
轴 致 。 二体 船横 剖 面 内的 力和
一
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６８ ． ％。
向 长期预 报 的时 间 范 围是 数 年 载荷 的长期 Ⅱ 应分 布 或 整个 寿 命 期 限 内 ，找到 三 体船 在 这 段 时 间 范 嗣 内的最 大 波 浪载
荷 值 。根据 达 郎 贝尔原 理 ， 可 以
（ ４）
，、
质量 模 型采 用全 船纵 向重 量 分布 的形 式 。 由于 主 要研 究 的 是
该 过 程 具 有 平 稳 性 币 各 态 历 经 ¨ 性 。通 常 应 川谱 密 度 米描 述 其 随 机 特 征 。 冈海浪 的各 组成 波来 白
不 同 的方 向，所 以实 际 的海 浪谱
在 规 则微幅 波 中 的运动 响应 属
客货 船 剑 军用 二 体 船 战舰 ，二 初一 边值 问题 ， 由 丁船一 系统 的 － 波
） ＝
（
个 片 体 较常 规 排 水 型单 体 船 更加 微幅 、线 性 的 ；
瘦 削细 Ｋ，其 结构 强度 是 设计 阶
作 者 简 介 ： 竹 晓 琼 ， 男 ，坝 助 Ｔ 。 研 究方 向 ： 船 舶 ０海 洋 结 构 物 设 计 制 造。 １ 科 技 管 理 ０ ｊ ２ １／ ０１ ３
变化 对 三体 船剖 面 波浪 栽荷 的影 敏感 度 。计算 三体 船波 浪 载 荷
式中 【 和 ［ 一一 流体 ］ ］
附 响 和敏 感程 度 ，最 终从 波 浪 载荷 的方 法 是 基 丁三 维势 流 理论 ，应 动 力 系 数 （ 加 质 量 和 阻 尼 系 二 数） ； 角度给 出 了三 体船 最优 纵 向 布局 用 简 单格 林 函数 法 （ ａ ｋ ｎ 源 Ｒｎ ｉｅ
（ 】 ］｛ ） ＋［ 】力 ｝ ［ ＋［ ） ｝ Ｂ ｛ ）
案 中三 体 船 有航 速 时的 波 浪载 荷 侧 体 纵 向布局 角 度 来 探索 该 因素 ＋［ ｛ ）＝｛ ｝ ｆ｝ Ｃ］７ ｝ 厂（ ＝｛ ｅ ７ ） 进行 了长期 预报 ，分 析 纵 向 布局 对 二 体 船 剖 面波 浪载 荷 的影 响和 （１）
二 体 船 是 近年 米 发展 出米 的 ２ １二 体船 在 规 则波 中 的运 ． 研 究二 体 船在 波浪 中受 剑 的
成 ，中 间 部 分为 主 体 ，主 尺度 较 人 ，两 侧 并肩 有 两 个侧 体 ，主 体 动 与侧 体 之 间 由连 接 桥 米连 接 。该
的规 则 波 系叠 加 组成 ，住 概 率统 计 中可 以发现 ，这 样 的海 浪 波面
体船 船 型 开 发应 川 技 术 已 日趋 走 阻尼效 应 ，经 过一 段足 够 Ｋ的 时 向成 熟 。 间后 ，运动 响 应将 趋 稳 定 的周 通 常 ，在 二 体 船 方 案 设计 阶 期性 变化状 态 ，即所谓 的稳态运 段投 入 人 量 研 究利 论 证 的 是其 快 动 。 常 需要 引入 势流理 论 的 通 速性 Ｉ 波 性方 面 ， 以此 米 优 化 如 基 本假 定 ： 耐 二 体 船 布 局 。而 二 体 船 的 三
２ １／ 科 技 与 管 理 １ ０１ ３ １
《 科技 与 管理 》２ １ ０ 第 ３期 １年 表 １ 研 究方 案
序
号
主 体船 舯剖 面和 侧 体船 舯剖 面 纵 向相 对距 离 （ ） ｍ
４ ６
方案 １
方案 ２
方案 ３
３ ０
１ ５
方案 ４
０
注 ：主 体 船 舯 剖 面 和侧 体 船 向相 对 位 置后 ，
在 的平面 的乖 直 距离 。
对 三 体 船波 浪 载 荷 的影 响 ，本 章
确 定 了 三体 船 二 个 片 体横 纵 在 保 证 三 体船 纵 向重 量 分布 不 变 表 ２ 主要 载荷 参数 计 算吃 水 （ ｍ ） 重 心 距艉 柱 Ｘ值 （ ） ｍ
７ ５ ６．
总 重量 （ ） ｔ
ｅ
（ ２）
广 Ｉ
简 化 常数琐 后为
船舶 设计
（） ｃ ： ｏ
』Ｚ
＿ｅ ｐ ５ｘ
分 布 概 率密 度 函数 就 可 以预报 船
“ 神 ”号三 体 试验 舰 主 要参 数 海
体 运 动和 载 荷 长期 值 。 目前认 为 和 英 国 伦敦 人 学 研 究生 设 计小 组
位 移 服 从 均值 为零 的 正态 过 ，
船 型 在 耐 波性 和 稳 定 性方 面 有 １ 动态 载 荷还 是 需要 以三 体船 在波 卜
常人 的优 势 … ， 冈此 世界 各 国非 浪 中 的运动 为 基础 ，探 索三 体船 常青 睐 此 船 型 ， 目前 世 界范 同 内 运 动 与波 浪之 间 的关 系 。二 体船 涌现 出越 来越 多 的三 体船 ，从
与 载 荷 可 以 看 作 是 很 多 短 期
Ｒ ｙ ｅ ｇ 分 布 的 总 和 ， 短 期 ａ ｌ ｉｈ
式 中 Ｆ， ） — 不 超越 响 的很 多 质量 点组 成 ，质 量 点质 量 （ — 各不 相 同 ，重 心 高度 不 一 ，代 表 应值 的概 率 ； 尺 度 参数 ； 三体 船 一 定长 度 范 同 内 的重量 特 ｍ —— 斜 度参 数 。 征 。这 些质 量 点 的 总重 量 重心 与 超越概 率 为 全 船 总 重量 重 心 一致 ，充分 反 映
｛ ｆ｝ （ ——波浪干扰力； ） ｛ ＝｛ ｝ ｝ 一 波 ／｝ ，＋ ｛ 一
浪 干扰 力 的 复数振 幅 。
２ ２ 海浪 谱 ． 实 际 的海 浪 是 由不 同频 率 、 不 同方 向 、不 同幅 值 、不 同相位
１ 引 言 ．
一
２ 三 体 船 波 浪 载荷 理 论 ． 基 础 种 新 颖船 型 ，其 由三个 船 体 组
重心距 中心线 ｙ （） 值 ｍ
Ｏ
重心 距基 线 Ｚ （） 值 ｍ
８ ．５
５９ ．
５４ ４ ５
３ ３模 型 坐标 系及 剖面 选 ．如 图 ２所 示 ，记 部分 长度 的船 体 力 矩主 要 是轴 向力 、水平剪 力
模 型 计算 时 的坐标 系 为 Ｘ轴 横剖 面波 浪 载荷 集 中于 Ｇ 点 ，在 ｇ 、垂向剪力 Ｑ 、扭矩 ｈ 、 ： 指 向船 首方 向 ，Ｙ轴 水 平 指 向左 Ｇ 点处 建 立笛 卡 尔坐 标系 ，三 向 垂 向弯 矩 、水平 弯矩 ： 如 。