VLCC波浪中操纵性数值预报与自航模试验验证

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船舶与海洋工程性能试验技术：6 操纵性与耐波性试验

2．Z形试验
目的是模拟船舶不断小舵角操纵的情况,能较好地分析船舶的转首性和方向稳定性。也可以预报K T指数。
（1）试验船模放于适当的位置，启动船模作直线航行；
（2）待达到稳定的航速 V时，迅速操舵转至右10°。船模便开始实现Z形运动，待首向角向右达到10° 时，又自动切换舵角至左10°，待首向角向左达到 10°时，又自动切换舵角至右10°，如此反复操舵，便可得出舵角δ与首向角ψ随时间t的变化曲线，通常当首向角ψ曲线出现三个峰值后便完成了Z形试验。
(T )
(n k)
T T kT n k T
nn
由上得
Rx
(
kT n
)
n
1
k
nk
[x(ti )
i 1
m1 (
)][ x(xik
)
m1 (
' )]
式中
m1 m1
( (
) ')
1 nk n k i1 x(ti )
1n
n
k
x(ti
i 1 k
)
把相关函数Rx ( )表示成标准相关函数 rx ( ) 为
试验原理
▪ 几何相似 ▪ 运动相似:螺旋桨和舵的角速度、角加速度
很难保证相似(主机、舵机特性不相似) ▪ 动力学相似：直航傅汝德相似，机动状态
的动力学相似都比较难以满足.
试验操作人员通过遥控发射器发出控制信号，船模上的接收器收到信号后把信息输入指令分配箱，对主机、舵的动作进行控制，实现船模在水池中加速、减速和改变航向等各种操纵运动。图1是操纵试验船模及其测试设备布置的示意图。
T1，T2，T3称为转首滞后，是指舵角δ回复到0°时刻至最大转首角时的时间间隔，表示在零舵角之后出现零角速度的时间滞后， T小表示船的跟从性好，是衡量跟从性的一个量度。

2-4自由自航船舶操纵性试验

尾部多有利于提高航向稳定性；
③舵面积比：
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种程度的降低；
②纵倾：首倾每增加 1% L ，回转初径 D T 可减小 10% 左右；尾倾每增加 1% L ，回转初径 D T 则增加10% 左右；
2-4 自由自航船舶操纵性试验
船舶操纵性试验
目的----求取船舶操纵性衡准及各运动要素，从而评价操纵性优劣。所测数据
实船
回转试验
自航模
螺旋与逆螺旋试验
Z 型操舵试验
船模
约束模
第九章
代表各项流体动力综合影响
直线拖曳试验
位置导数
悬臂试验
ห้องสมุดไป่ตู้回转导数
加速度导数
平面运动机构试验
在约束模试验中，通过各专门装置强迫船模进行精确控制下的运动，每次可变换一个参数，令其他参数为零，可分别求得此单一参数下的流体动力（力矩）导数
T
d dt K ( r ) dt dt dt
2
6
4
Z形操舵试验
[t2，te] [0，te] T K [t4，t’e] [0 ， t ’ e] 6个积分区间 [t6， [0， t’’e] t’’e] 对记录曲线进行分析（整个计算过程针对6个特征点）
空船与满载时的回转圈大小相差不多
③横倾：总的来说，横倾对回转圈影响不大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
3、操船方面的影响 ①舵角：一般操15 °舵角与满舵相比，DT将增加到 130%~170%，而掉头时间则可能增加到140%左右； ②操舵时间：自一舷35°转至另一舷30°应不超过 15s; ③船速：船速越快，回转时间大大缩短，而DT影响小。

船舶操纵性能预报及改善

船舶操纵性能预报及改善简介：船舶操纵性是指船舶按照设计者的意图保持或者改变其运动状态的性能，即船舶保持或改变其航速、航向和位置的性能。

船舶的操纵性包括：航向稳定性、回转性、转首性、跟从性和停船性能。

船舶操纵性预报的主要内容：船舶操纵运动的水动力预报，船舶回转运动时回转轨迹及主要特征参数的预报，Z形操舵试验中的Z形曲线的预报和停船性能有关参数的预报重要性：船舶操纵性是船舶航行的重要性能之一,和船舶的航行安全性密切相关现状：1.由于操纵性问题本身的复杂性和船东从营运效率考虑,对操纵性的关心远不如对快速性等性能的关心,因而操纵性没有得到应有的重视2.近十多年来,国内外造船界对船舶操纵性越来越重视,国际上船舶操纵性研究突飞猛进,取得了惊人的进展。

发展：1.国际海事组织(Intemational Maritime Organization,IMO)在船舶操纵性评估和制定船舶操纵性标准方面的工作引起了人们对船舶操纵性的重视2．船舶水动力学学科及其相关数值和实验技术的进步使研究船舶操纵性这种复杂的问题成为了可能操纵性能预报的方法：1、数据库方法----限制较大；使用方便2、自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；3、利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用4、基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性5、神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统改善操纵性能的措施：1、舵的设计正确----合适的种类和外形尺寸2、船体主要尺度和型线的正确选择（船长，主尺度比，方形系数，纵中剖面面积，首尾部形状对水动力导数的影响）----协调航向稳定性和回转性之间的矛盾3、设计特种操纵装置----推进、操纵合一装置；主动式转向装置；特种舵数据库方法自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统。

波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析

波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析曹阳;朱仁传;蒋银;洪亮【摘要】为研究肥大型船舶在波浪中的运动与增阻问题,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)理论建立了数值波浪水池,并结合重叠网格方法对KVLCC2迎浪航行进行了模拟研究.文中计算了Fn=0.142时KVL-CC2船模在不同频率遭遇波作用下的运动和阻力,采用傅里叶级数展开法分析获得垂荡、纵摇运动响应和阻力值,将船模在波浪中航行受到的阻力减去静水航行阻力,获得了不同频率下的阻力增加值,将运动与阻力增加值与相关实验结果比较,吻合良好.通过对Fn=0.142时KVLCC2在波浪增阻成分进行的分析,与相关势流理论计算结果及实验结果对比,研究表明:短波增阻主要由船体绕射贡献,同时表明CFD方法计算船舶在波浪上的运动和增阻的可靠性.%The motions of KVLCC2 advancing at Fn=0.142 in head waves have been simulated by implementing a numerical wave tank and an overset mesh method based on computational fluid dynamics (CFD) to study the mo-tions and added resistance of a ship possessing a big block coefficient in waves.The numerical results of heave, pitch, and resistance were analyzed using the Fourier series, and the added resistance due to waves was determined by the resistance of the ship to the waves after subtracting the resistance of the ship in unperturbed water.The re-sults of the computation and the related model test of the added wave resistance were inagreement.Furthermore, the components of added resistance due to different causes were investigated and the results that were calculated u-sing CFD were compared to the results calculated by the strip method andthe model test.This indicates that the added resistance of the ship to short-waves was mainly induced by ship diffraction.Further, CFD can be used to accurately calculate the ship motion and the added wave resistance.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2017(038)012【总页数】8页(P1828-1835)【关键词】重叠网格;KVLCC2;傅里叶级数;垂荡运动;纵摇运动;波浪增阻;CFD方法;数值波浪水池【作者】曹阳;朱仁传;蒋银;洪亮【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.1船舶在波浪上的运动与阻力增加一直是船舶与海洋工程领域研究的热点，准确预报船舶在波浪上的运动是船舶在水上航行、作业安全性和舒适性的基础，船舶波浪增阻在船型优化乃至航线优化问题中是经济性的重要参数指标。

规则波浪中的船舶操纵性数值预报研究

小展弦比机翼模型求解基本势
采用小展弦比机翼理论计算得到的基本速度势仍将用于计算在波浪中进行操纵运动的船舶所受到的波浪力。
不足：仅采用势流方法是无法模拟强非线性流动现象的。要进一步提高作用在船体上的操纵水动力的计算精度，需要使用考虑流体粘性的CFD 计算方法。本文并没有进一步开展CFD 计算以提高操纵水动力的计算精度。
Innovative Marine Hydrodynamics Lab
规则波浪中的船舶操纵性数值预报研究
张志恒
2019/11/20
船舶运动分解为低频操纵性运动和高频波浪诱导运动。
低频运动采用4-DOF MMG运动模型描述, 考虑低频波浪漂移力。
高频运动采用一组6-DOF运动方程来描述, 考虑一阶波浪力(FK力，辐射力，绕射力) 。一阶波浪力称为高频波浪力。
相关求解方法
辐射条件的满足（数值海岸技术）
在运动学自由面边界条件中增加适当的阻尼项，以人为地降低数值海岸区域的波高。
波浪诱导运动方程的求解
横摇阻尼与人工弹簧系统
斜浪状态下，还需要考虑另外两个问题。第一个问题是横摇阻尼的确定。由于船舶的横摇阻尼很大程度上受到流体粘性作用的影响，采用势流理论是难以对其进行准确估计的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
低频操纵性4-DOF模型
如何计算低频波浪漂移力和力矩？
高频波浪诱导的6-DOF运动方程
如何计算 Fi 一阶波浪力？
为了使问题得到简化，本文限于考虑线性的速度势定解问题，首先将这些边界条件进行线性化。仿Dawson[83]的方法，将总的扰动速度势分解为基本势和摄动势两部分：
高频6-Dof: 如何计算 Fi 一阶波浪力？
高频6-Dof.

波浪中自由自航船舶轴系功率特性的数值预报方法

波浪中自由自航船舶轴系功率特性的数值预报方法余嘉威;姚朝帮;张志国;冯大奎;王先洲【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2022(17)3【摘要】[目的]为了研究船舶在波浪中约束模与自航模运动特性的差异以及船舶轴系功率特性,开展船舶波浪中自航性能数值仿真预报。

[方法]首先,选取KCS船模和KP505桨模,采用URANS方法进行船舶波浪自由直航CFD模拟;然后,基于自研URANS求解器HUST-Ship与自研结构化动态重叠网格代码HUSTOverset,以及改进型体积力螺旋桨推进模型,对船舶在不同波浪条件下的运动响应进行耦合求解,包括两自由度KCS约束模运动仿真和三自由度自航模自由直航仿真,并对比这2种方法预报船舶运动特性的差异;最后,采用对数分析法得出波浪中船舶自由直航功率增加的主要成分及其具体占比。

[结果]KCS船模在波浪中自航时,推进效率和波浪增阻对功率增加的贡献占比分别为23%~26%和74%~77%,即波浪增阻占比较大。

[结论]因此,降低波浪中功率增加的最有效方法是减小船舶运动以降低波浪增阻。

【总页数】7页(P119-125)【作者】余嘉威;姚朝帮;张志国;冯大奎;王先洲【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院;华中科技大学船舶和海洋水动力湖北省重点实验室【正文语种】中文【中图分类】U661.322【相关文献】1.船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法2.波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证3.波浪中船舶轴系的试验装置与方法研究4.方形波浪中船舶运动特性的CFD数值模拟研究5.基于模型试验的波浪中实船功率及失速预报方法对比因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

VLCC液舱晃荡仿真及结构强度评估方法研究的开题报告

VLCC液舱晃荡仿真及结构强度评估方法研究的开题报告题目：VLCC液舱晃荡仿真及结构强度评估方法研究背景和研究现状：目前，随着国际贸易的不断发展，海运已经成为国际贸易最重要的运输方式之一。

在海运过程中，液货轮是承担重要运输任务的一类船舶，液货轮在运输液体货物的过程中，液体油舱晃荡是不可避免的。

液舱晃荡不仅会影响液舱固体物品的存储，而且还会影响液体货物的运输质量和干扰船舶的稳定性。

因此，为了保证液体货物的运输质量和船舶的稳定性，在液货轮的设计和航行中，液舱晃荡的仿真及结构强度评估十分重要。

现有的液舱晃荡仿真和结构强度评估方法主要是基于试验和经验公式。

试验方法需要在实际船舶上开展大量试验，这不仅需要耗费大量的时间和成本，还很难保证试验结果的准确性。

而经验公式法适用性较为有限，无法适应不同船型和航线的要求。

因此，开展液舱晃荡仿真及结构强度评估方法的研究，对于液货轮的设计和航行具有重要意义。

研究内容和方法：本研究的主要内容包括液舱晃荡仿真和液舱结构强度评估两个方面，具体内容包括：1. 建立液舱晃荡仿真模型，采用CFD（计算流体动力学）方法对液体油舱晃荡现象进行仿真，确定船舶在不同运行条件下的液舱晃荡特性；2. 建立液舱结构有限元模型，基于CFD仿真结果，评估液舱结构的应力和变形情况，分析液舱结构的强度及其对船舶的影响；3. 验证液舱晃荡仿真和结构强度评估方法的可靠性，并进一步优化研究方法。

本研究的方法主要采用数值模拟和有限元分析方法，并结合实验验证，以确保仿真和评估的准确性和可靠性。

预期结果：本研究预期能够建立液舱晃荡仿真和结构强度评估的全新方法，为液货轮的设计和运输提供科学依据和技术支持。

具体预期结果如下：1. 建立液舱晃荡仿真模型，掌握液舱晃荡的规律及其影响因素，为液舱晃荡的控制和优化提供科学依据；2. 建立液舱结构有限元模型，正确评估液舱结构的强度和变形情况，提供实现液货轮完整性的方案；3. 验证仿真和有限元模拟结果的可靠性，为液货轮的设计和运输提供可靠的技术支持，减少潜在风险。

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动王建华;万德成【摘要】[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关.[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟.运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动.通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比.通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响.[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性.[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】船舶操纵性;自由回转;船—桨—舵相互作用;naoe-FOAM-SJTU求解器;重叠网格方法【作者】王建华;万德成【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.330 引言船舶操纵运动可以反映出船舶在航行过程中的机动性、回转特性和航向的纠偏能力。

操纵性能的优劣与船舶的航行安全和能耗息息相关，其重要性不言而喻。

VLCC培训资料

VLCC操纵性能介绍第一部分VLCC的操纵性能VLCC的操纵性能与一般船舶不同，其特点是质量大、惯性大，单位载重吨所分配到的主机功率较小，操纵特别呆笨。

船停止时启动很慢，但一旦有进速后又很难使其停下来；在旋回性能方面，航向稳定性和追随性都较差，不宜操纵。

作为一名VLCC船长，必须对VLCC 的操纵特点有一个比较深入地了解。

一、VLCC的船型特征从船舶操纵性方面看，VLCC的船型特征和操纵设备主要呈现如下特点：1.长宽比Lpp/B船舶的长宽比是反应船舶操纵性能的一个重要船型参数。

总体而言，船舶的长宽比越大，船舶的旋回性能较差而其航向稳定性能较好。

一般的VLCC的长宽比接近或略大于6.0。

2.方形系数VLCC的方形系数多大于0.8，船型肥大。

3.舵面积比VLCC由于船型肥胖而易于旋回，故而其舵面积比设计的较小，一般仅为1/65 – 1/75。

4.单位载重吨所分配到的主机功率较小一艘20万吨左右的VLCC，其主机功率一般仅为3万多匹马力，使得船舶单位载重吨所分摊到的主机功率较小，约为0.17马力/吨左右。

40万吨左右的VLCC则小至0.1马力/吨左右。

而一艘三万左右载重吨的船舶，其主机功率一般约为一万匹左右。

高速船如集装箱、客滚船等则更高。

二、船舶操纵性与指数K、T的关系1.船舶操纵运动的一阶近似方程船舶操纵运动可用K、T两个指数简明地表达出来δ+T=rKr这就是船舶运动的一阶近似方程。

式中r为转头角速度，r 为转头角加速度，δ为舵角（单位为弧度）T为追随性指数，K为旋回性指数2.K指数与船舶旋回性K值数决定了单位舵角在定常旋回中产生的转首角速度的大小。

其他条件相同时，K值越大，则旋回角速度、角加速度和回转角也就越大，回转半径就越小，其旋回性就好。

反之K值越小，船舶定常旋回性就越差。

3.T指数与船舶追随性T指数代表了操舵后船舶追随性，即用舵后船舶应舵的快慢。

在T>0的前提下，其他条件相同时，T值越小，则船舶就具有越大的初始首角加速度。

波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证

ＳｈｉｐＭａｎｅｕｖｅｒｉｎｇｉｎＷａｖｅｓ
ＺＨＵＤｏｎｇｊｉａｎ，ＭＡＮｉｎｇ一，ＧＵＸｉｅｃｈｏｎｇ一，ＤＥＮＧＤｅｈｅｎｇ，
１ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＯｃｅａｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２００２４０
２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｒｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２００２４０
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏｕｐｌｅｄ４－ＤＯＦｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅ３－ＤＯＦｐｌａｎｅｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇｏｆｓｗａｙ，ＳＵ［ ’ ｇｅ，ｙａｗａｎｄｒｏｌｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｎｉｉｅｆｄｔｈｅｏｒｙ．ＴｈｅｖａｒｉｏｕｓｆｏｒｃｅｓｏｎｔｈｅｓｈｉｐａＦｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ
ＺＨＵＤｏｎｇｊｉａｎ，ＭＡＮｉｎｇ，ＧＵＸｉｅｃｈｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｆｒｅｅ — ｒｕｎｎｉｎｇｍｏｄｅｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｐｍａｎｅｕ —

风浪中顶推船队操纵特性预报

（，卵＋ｍ２２）１＝，＝ｙＨ＋一（＋ｍｌ１）ｕｒ＋＋（＋ｍａａ）Ｐ＝＋＋＋＋（＋ｍ６６）户＝ⅣＨ＋ⅣＲ＋ⅣＰ＋Ⅳａ＋ⅣＤ
… …
式中，ｍ为船舶质量；厶、厶分别为船体绕Ｘ轴和ｚ轴的转动惯性矩；ｍ、ｍ２：、ｍ补ｍ６分别为船体
风浪中顶推船队操纵特性预报
邵云生
（海军驻无锡地区军事代表室，无锡２１４０６１）
摘
要
论文基于四自由度ＭＭＧ分离型操纵运动数学模型，预报顶推船队风浪中操纵特性。由计算结果表明，
顶推船队在风浪中操舵时，其沿与原航向成角方向作回转漂移运动，此时不仅存在横倾，而且还存在以该
于预报船舶在波浪中大幅运动的三维时域势流程序ＬＡＭＰ，拓展到波浪中船舶操纵性预报。Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ
等人【６￣７Ｊ基于纵荡、横荡、首摇和横摇的四自由度ＭＭＧ模型，模拟随浪中船舶的横甩现象，预报结果
与试验有较好的一致性：国内还有一些学者就风浪中的操纵性问题做了相关的研究叫… 。但是，对于顶推船队这种组合结构在风和浪同时作用下的操纵特性的研究，国内还较少，本文采用理论预报方法
纵荡和横荡方向的附加质量，以及绕轴和ｚ轴的附加惯性矩；甜、ｖ、Ｐ、ｒ分别为船体的纵向、横向、
图１中为船速，ｌｆ，为首向角，为漂角，为舵角。
图１坐标系示意图
２运动方程

VLCC级FPSO海上连接的模型试验及虚拟模拟

VLCC级FPSO海上连接的模型试验及虚拟模拟郝军;孙玉柱;吴子全;Alan WANG【期刊名称】《船舶与海洋工程学报（英文版）》【年(卷),期】2009(008)002【摘要】本文分别介绍了VLCC类FPSO连接的模型测试和虚拟仿真，以及将其不同应用程序解决了极浅水中FPSO和软轭系泊系统（Syms）之间的配合操作。

模型测试的范围和虚拟仿真涵盖了各种安装阶段，包括一系列定位试验，定位和临时停泊到预安装的Syms系泊塔，摆动配合和轭架延伸到风暴安全。

模型测试是准确地验证均衡器拉动容量，以保持FPSO的位置，并在各种安装阶段期间评估FPSO和安装船舶的运动响应和系泊载荷。

虚拟仿真是提供虚拟现实环境，从而在模拟测试中心（STC）设施（STC）设施中的连接操作和识别关键安装人员，执行计划或操作程序中的任何缺陷。

模型测试的方法和在此处寻址的虚拟仿真可以很容易地扩展到各种浮动系统的定位和安装操作之类的深水应用。

％阐述了vlcc级.fpso海上连接的模型和虚拟模拟，以及其研结果如何应用于指导fpso与syms 存极浅水中的连接水中的作业。

模犁试验和虚拟模拟研研范围了各安装阶段，包括海上就试验，就就位及连接临临，系泊腿系泊腿，，压载灌浆直至达到风暴安全状态。

模型试验不可能核实fpso就就拉力要求，而且可确定fpso和装备驳船而模拟则可虚拟模拟，通讯虚拟模拟确认关键作业人员，作业行行和作业程度中所在的。

该文介绍的模型试验和虚拟模拟模拟模拟模拟进一步推广到各浮式平面的深水使用中。

【总页数】7页(P137-143)【作者】郝军;孙玉柱;吴子全;Alan WANG【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300452;海洋石油工程股份有限公司,天津300452;海洋石油工程股份有限公司,天津300452;海洋石油工程股份有限公司,天津300452【正文语种】中文【中图分类】U656.6因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

对VLCC船基于理论和经验计算的波浪增阻预报修正方法

对VLCC船基于理论和经验计算的波浪增阻预报修正方法杨春蕾;朱仁传;樊涛;周文俊;缪国平【摘要】文章基于一种新的理论方法和经验公式方法对波浪增阻进行预报,通过比较分析给出了一种改进的工程实用的计算公式.势流理论方法由于存在假设在短波增阻预报上精度不高,而经验方法的船型适用性不强.文中选取VLCC船迎浪航行为例,考虑吃水和航速影响进行了计算验证和比较分析.一种水平线段移动脉动源的三维面元法被用于求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力定常分量公式计算得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法.通过辐射和绕射增阻曲线分析,对方法的适用性进行分析,进而对半经验方法的修正系数进行了研究,给出了反应相似船船型和航速特征的改进公式.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2018(022)012【总页数】12页(P1483-1494)【关键词】辐射增阻;绕射增阻;格林函数;三维面元法;STAWAVE2方法【作者】杨春蕾;朱仁传;樊涛;周文俊;缪国平【作者单位】江南造船(集团)有限责任公司江南研究院, 上海 201913;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室, 上海 200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240;江南造船(集团)有限责任公司江南研究院, 上海 201913;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室, 上海 200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室, 上海 200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240【正文语种】中文【中图分类】U661.30 IntroductionDue to the more stringent requirements of safety enhancement and emissions reduction,prediction of the added wave resistance of ships is getting more and more important.An assessment procedure for minimum power is provided in MEPC(Marine Environment Protection Committee)232(65)resolution,in order to maintain maneuverability in adverse conditions for ships,complying with EEDI(Energy Efficiency Design Index)regulation.The evaluation of EEDI has been enforced since 1 January 2013 in MEPC 232(65)resolution,regarding the Green House Gas emission of the navigation of ships.The effective consideration to improve EEDI index is achieved by reducing speed,but that will result in unconformity to the minimum power requirement which is calculated by minimum power lines,especially for large-scale ships.In such cases more accurate method for predicting the added resistance should be used.Conservative formulas for the added resistance are not applicable for the sophisticated consideration of requirements of two resolutions mentionedabove.Moreover,the accuracy of the added resistance is key to final EEDI report,which is obtained from correction data of sea trials based on ISO-15016:2015[1].Model tests can be conducted for the most reliable prediction when circumstances permit,but factors of cost and time preclude such tests.Therefore the investigation and validation on empirical and numerical methods are getting more and more important. Procedures recommended[2]for calculating added wave resistance by ITTC are adopted by ISO.The procedures include empirical methods from the STA-JIP(Sea Trial Analysis Joint Industry Project),namely STAWAVE1 and STAWAVE2,and the semi-theoretical method of the NMRI(National Maritime Research Institute).However,these methods are applicable to some extent to the ship type,draft,wave frequency and other factors.The Specialist Committee on Performance of Ships in Service(PSS Committee)[3]selected foregoing three methods and six type of ships to have comparison study for added resistance,and understand which method was the best method for the correction of speed/power trial.The results show that NMRI method combined with tank model in short waves gives the considerable accuracy.Returning to the reanalysis,the STAWAVE2 method would be convenient and preferred at the early design stage in the range of intermediate and short wave for the fine hull lines,because the empirical formulas for the diffraction resistance are relatively rational.NMRI(National Maritime Research Insititute)method has a better theoretical basis for the radiation resistance,and is more reasonably comprehensive for the diffraction resistance because of accommodation of correction of speed effect and waterline of the hull.NMRI method recommended by PSS,although better than most others,lacks transparencyand universalization in numerical method of 3D potential in the flow field and Kochin function.Note worthily,prediction of the added resistance in short waves at about λ/Lpp=0.3 relies on empirical parameters for the speed and draft effect whatever employing theoretical or empirical method.For a specialist ship,practical predictions are based on the in-house data relating to a similar basis ship.The difficulty of the accumulation of data is how to correct by the way of synergetic re-analyses of modern and older methods.At the framework of linear potential flow theory,two methods are available to estimate the added resistance:the far-field and near-field methods.The far field method was firstly introduced by Maruo[4]and derived the equation of steady second order force obtained by calculating the change of momentum for radiated wave energy.Joosen[5]revised the added resistance method based on Maruo method,and NMRI adopted the method for added resistance due to ship motions.Maruo method gives considerably accuracy for the cruiser stern ships,and does not apply the hull forms with bulbous bow.Joosen’s method improved the accuracy for the results of transom stern ships,but does not apply cruiser stern ships.Gerritsma[6]introduced the radiation energy method which is based on the far field method.Salvensen(1978)[7]investigated added resistance by calculating second order terms of disturbing forces andmoments.Strøm[8]evaluated these methods and gave the conclusion that the prediction of added resistance lied in the range of ship forms and speed.Faltinsen(1980)calculated added resistance by integrating pressureon average wetted surface of ship hull based on near field method with good validation results.It is important to note that the value of added resistance is a second order term,and the accurate prediction suits the exact solution of the motion response,which requires accurate solution of the velocity potential.Even though there is still controversy for the versatility and accuracy of the empirical approach of the ITTC,the method international organization is willing to promote such methods to improve due to the convenient and transparent calculation.For the practical prediction for the designers,the correction empirical formulas are established from tank tests data and theoretical results.Jinkine[9]developed an estimation formula of added resistance including the principle dimension of ships for the long wave length,however the value for the short wave length should be corrected.Havelock[10]derived the steady drag formula for the fixed vertical cylinders.Fujii[11]established semi-empirical formulas for the diffraction resistance based on Havelock.Kuroda[12-13]further corrected the Fujii formula.MARIN[14]calculated the added resistance due to diffraction and radiation relating to Jinkine method,and formed a basis for STAVWAVE2 method.Though the empirical formulas give considerable accuracy,estimation based on in-house database is important.In this paper,based on the existing data of the basis ships in Jiangnan shipyard,the theoretical and the empirical methods are investigated in order to establish the improved model for predicting the added resistance with better accuracy and reliability for the VLCC type ship.A 3-D panelmethod based on the horizontal line segment translating and pulsating source panel is used to solve potential problem,and added resistance due to the radiation is obtained by 3D radiation energy method for ships,while one due to the diffraction is obtained by the second order steady-state force formula.STAWAVE2 method is adopted as the semi-empirical parable study is conducted and advantage of different methods is analyzed.Revised formulas reflecting the characteristic of VLCC are validated with good agreement with experimental data.1 Theories of potential flow and added resistance1.1 Potential flow theoryA right-handed orthogonal coordinate system fixed in the mean position of the ship with the x-axis in the direction of constant forward speed,and the z-axis vertically upwards through the center of ship gravity is considered.The ship is advancing at a constant mean forward speed U0in sinusoidal regular waves with an arbitrary heading.Assuming the fluid is ideal,fluid motions are irrotational and potential flow theory can be applied to describe the wave.The total spatial velocity potential is decomposed:where φ0is the incident wave potential,φ7is the diffraction potential of the fixed ship,ωeis encounter frequency,φjis the normalized velocity potential due to radiated motions in six degrees of freedom,is the complex amplitude of the j-th degree of freedom.φ0is given by:where A is amplitude of the incident wave,ω0is circular frequency,k is wave number,H is the water depth,β is the incident wave angle.For diffraction and radiation wave potential,the boundary value problem to be solved is:where U0is the ship speed,mjis the m-term,which represents the interaction between the steady forward motion and the periodic oscillatory motion of ships.By assuming that the steady potential is small,a simplified m-term can be written as:(m1,m2,m3)=(0,0,0 )and(m4,m5,m6)=(0,U0n3,-U0n2).To solve the boundary value problem,the mixed source and dipole distribution model[15]and 3D translating&pulsating source Green’s function(3DTP)are used.And the boundary integral equation can be written as:where α is solid angle of field point,P( x,y, z )is field point,Q( ξ,η, ζ)is source point,SB is average wetted surface of ship hull,wl is waterline.The Green’s function is expressed[16-17]by:whereFor the treatment of integrati on on the panel ΔSj,a more effective integration of horizon-tal line segment is used,as Fig.1 shown.The panel integration of the G*(P, )Q and its differential is converted into line integration:Fig.1 Discretization of a panelwhere M is the number of hor izontal line segments,αjis the weight coefficient of the j-th segment which is decided by the integral method used in vertical direction.The line segment integrationthe differentialandare expressed analytically shown in Ref.[16].Fig.2 shows hull lines and panel grids of KVLCC.Fig.2 Hull lines and panel grids of KVLCCRadiation and diffraction potential could be obtained by carrying out calculations for boundary element method(BEM).Withφjknown,hydrodynamic coefficient such as added mass μjkand damping λjkc an be obtained.Wave forces including incident force )and diffraction force)are calculated separately by using respective potential φ0andφ7.Corresponding equation for motions can be given aswhere mkjis inertia matrix,and Cjkis hydrostatic restoring terms.1.2 Added resistance due to radiationIn principle of energy conservation,the radiation energy of an encounter period delivered by the ship should equal to the work done by average added resistance acting on ship hull.Radiation energy method of 3D BEM can be derived with reference of that based on strip method.This added resistance can be expressed as a function of hydrodynamic coefficient:When the speed is zero,Ajk=Ak j,the first term in the parentheses shouldbe taken as zero.Thenwhere XkRand XkIare real part and imagine part of the complex amplitude of ship motion in k-th degree of freedom.The above equation is consistent with the Joosen method[5]for the zero speed ship.1.3 Added resistance due to diffractionIt is assumed for ships that the disturbance potential is small compared to the incident potential (φ Bpp φ0),and therefore the second-order force of steady state derived based on Salvensen[7]can be expressed by:where β is wave angle,is complex conjugate of φ0,φBis body disturbing potential.When an interaction between radiation and diffraction potential is ignored,the added resistance due to diffraction can be given as follows:2 STAWAVE2 method2.1 Estimation for added resistance due to radiationSTAWAVE2 method is based on Jinkine method[9],and an approximate formula of nondimensional coefficient of added resistance due to radiation is as follows:Then the added resistance is:where a1=60.3and a2=Fn1.5exp(-3 .5Fn)account for the effects of the speed and principal dimensions for the peak value of radiationresistance.andresponse to inclination of the curve for the added resistance.Lpp,B,kyyand ζ are ship length,breadth,radius of gyration in lateral direction and wave amplitude,respectively. ω/1.17 is non-dimensional frequency,when=1,the added resistance is a minimum value.,and Cbis block coefficient.After the verification of practical calculations,it is found that the peak of added resistance moves to the area of longer wave with a higher varying speed.2.2 Estimation for added resistance due to diffractionA semi-empirical formula based on Takahashi method[19-20]for calculating the diffraction added resistance is adopted,and the non-dimensional coefficient is:Added resistance due to diffraction is:whereis used to correspond to the effect of speed,draught and characteristic of hull forms.I1is modified Bessel function of the first kind of order 1,K1is modified Bessel function of the second kind of order 1,TMis the mean draught.Fig.3 shows the effects of draft and wave-length on added resistance due to diffraction.Ref.[12]refers to bulk carrier and container ships,validation of the data distributes the range of α1(keTM)～α1(1. 5keTM ).Ref.[20]refers to the different range of α1(0. 74keTM )～α1(1. 0keTM)for the tankers,and the range of α1(0. 56k eTM )～α1(1.0keTM)where radiation added resistance predominates for container ships.Fig.3 Comparison of the effects of draft and wave length3 Comparisons of theory and empirical formulasThe different methods are used to validate two tankers,one is KVLCC2 which is a standard ship model for CFD validation,and another is a VLCC which is a built hull.The accuracy and applicable range will be analyzed by comparing tank test data and computed results.Main dimensions are presented in Tab.1.Tab.1 Main dimension of ships?3.1 Added resistance analysisThe heave and pitch motions are shown in Fig.4(a)and(b)based on 3D frequency domain method.The motion response results are in good agreement with experiment data.Fig.4 RAOThe results of added resistance at the speed of Fn=0.142 for KVLCC2 are shown in Fig.5,and the experimental data is from NTUA and INSEAN.Based on the analysis of theoretical and numerical calculation and comparisons with test data,it is concluded that:(1)As shown in Fig.5(a)the theoretical results of Rawin the range of λ/Lpp＞0.7 and the resonance frequency range are in good agreement with experimental data,but the added resistance due to short wave is inaccurate;the empirical formulas enable a reasonably accurate prediction for Raw in the range of λ/Lpp＜0.5,but resonance frequency range is not given a reasonable estimation.(2)As shown in Fig.5(b)the range of the maximum resistance obtained by SATWAVE2 method is in the lower frequency range;the added resistancesin the range of λ/Lpp＜0.5 for theory and STAWAVE2 are 25%-30%less than experimental data.The advantage of 3D translating and pulsating source method is that free surface condition is satisfied automatically and the dispersed error can be reduced.However,the viscous and nonlinear effects are great and not captured by potential flow theory,especially for full hull forms,moreover the major component at short-wavelengths is the diffraction resistance.Though the panel density is increased to improve the numerical accuracy,it is very difficult to accurately predict in short wavelength range.For the VLCC,the relative wave length is short in the condition of the actual sea trial and service operation.The foregoing results show that the theoretical method has a limitation and empirical method is crude for the prediction of the added resistance in short waves.The direct measurement to improve the accuracy is that more parameters are included in the formulas in order to represent the hull forms better.One alternative measurement is provided by adjusting the parameters of formulas applicable to geosim ships.Fig.5 Added resistance at different speeds3.2 Different component analysisFig.6 shows the results of two different components of the added resistance by using two methods.It can be observed that the peak values of ordinate are at λ/Lpp=0.5 and λ/Lpp=1.0 respectively for theoretical and empirical methods.The added resistance due to diffraction is the main component,so the main reason for underestimating the added resistancein short waves is due to the fact that the diffraction resistance is less than that experiment values.The maximum of radiation resistance of empirical results occurs at lower frequency than indicated by theory results.The peak value is influenced by the radiation resistance.In fact the uncertainty in the added resistance measurements is larger[14],especially for low speed ships,so it is difficult to obtain accurate results in the short wave range.For practical predictions,adequate margin is necessary.Other numerical method such as CFD is influenced by grid density and is limited to predict the short wave resistance.It is technically feasible to improve the existed methods based on the analysis of theoretical and semi-empirical methods and tank test data.Fig.6 Compenents of added resistance3.3 Revised STAWAVE2 methodAn improved expression for radiation resistance can be found to improve the accuracy of prediction according to comparable analysis of calculated results and test data.The formula is given as:The coefficients of b1and d1in Eq.(12)can be adjusted to agree the test data better,like the correction of Rob[14],but the database from different institute may be different.The equation fitted by calculated results can be expressed by:Eq.(14)is limited to extend to the prediction for modern VLCC because it is applicable to the blunt bow shape at low speed,and meets the assumptionof vertical plane barrier.A blunt coefficient which reflects waterline shape can be used to improve the accuracy of prediction,but the practical calculation for this coefficient is not easy and actual ship data of different ship type is fluctuated.The following equation can be given through a number of numerical tests:As is expected,it is seen the added resistance in a wide range of wavelength is in good agreement with experimental data,and the maximum added resistances occur at reasonable wavelengths for two ships.The added resistance of STA2 correction method is shown in Fig.7. Fig.7 Added resistance of STA2 correction methodIn order to validate the applicability to the draught effect,the VLCC case in the ballast condition(T=10 m)is chosen.The performance of VLCC navigation in the ballast condition is often needed for ship owners.For the case of Fr=0.144,results of theoretical and corrected STAWAVE2 method are shown in Fig.8.It is seen that present correction results agree well with the experiment values.It is stressed that the present empirical method is limited to the geosim ships of VLCC type.Fig.8 Added resistance of VLCC at ballast draft4 ConclusionsHydrodynamic coefficients and wave forces are solved by 3-D panel method based on the horizontal line segment translating and pulsating source panel,and added resistance due to the radiation is obtained by 3D radiation energy method for ships,while one due to the diffraction isobtained by the second order steady-state force formula.STAWAVE2 method recommended by ISO15016-2015 is adopted as the semi-empirical method.Improved formulas are presented based on analysis of calculated results.Conclusions are summarized:(1)Theoretical results indicate that the maximum of added resistance agrees with experi-mental data,but underestimate the added resistance in the relative short wave range.The modern numerical method based on line integration is shown a higher efficiency than traditional BEM.In this paper,the hull is divided into discrete elements of 1 300,and cases are computed on a computer with Intel Core I5(3.2 GHz).For each frequency calculation,about 3.9 minutes are needed.(2)The differences between the results of STAWAVE2 and experiment method are large.Improved formulas are presented and the results based on these formulas demonstrate the good agreement can be achieved for VLCC.It can be used to accumulate the database for seakeeping performance.(3)The present theoretical method predicts the added resistance with good accuracy and high efficiency in the range of medium and long wave for variable speeds and drafts.A notable discrepancy between theory and experiment was found in the range of short wave.References【相关文献】[1]IMO MEPC 68/INF.14 2015 Ships and marine technology-Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data[S].2015.[2]ITTC 7.5-04-01-01.2 ITTC-Recommended procedures and guidelines analysis of speed/power trial data[R].2014.[3]ITTC Specialist committee on performance of ships in service-final report and recommendations to 27th ITTC[C].Proceedings of 27th ITTC-Volume III,2014.[4]Maruo H.The excess resistance of a ship in rough seas[J].International Shipbuilding Progress,1957,4(35):337-345.[5]Joosen W P A.Added resistance in waves[C]//Proceedings of the 6th Symposium on Naval Hydrodynamics.Washington,USA,1966.[6]Gerritsma J,Beukelman W.Analysis of the resistance increase in waves of a fast cargo ship[J].International Shipbuilding Progress,1972,19(217):285-293.[7]Salvensen N.Added resistance of ships in waves[J].Journal ofHydronautics,1978,12(1):24-34.[8]Strøm-Tejsen J,Yeh H Y H,Moran D D.Added resistance in waves[J].Transactions of the Society of Naval Architects and Marine Engineers,1973,81:109-143.[9]Jinkine V,Ferdinande V.A method for predicting the added resistance of fast cargo ships in head waves[R].Institute of Office of Naval Architecture,Belgium,1973:1-40. 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船舶操纵性自航模试验不确定度分析

船舶操纵性自航模试验不确定度分析摘要：随着经济和科技水平的快速发展，操纵性是船舶重要的水动力性能之一，它与船舶航行安全密切相关，在船舶的设计阶段需对其操纵性能进行评估。

操纵性自航模试验是评估船舶操纵性能的重要技术手段。

浅水中操纵性自航模试验结果的不确定度水平。

给出了操纵性自航模试验结果的不确定度水平，包括Z形试验的超越角及回转试验的纵距、战术直径和稳定回转直径。

并针对回转试验的回转直径及Z形试验的超越角进行了不确定度计算。

对操纵性自航模试验的不确定度分析方法进行研究，形成自航模试验的不确定度分析方法；并以某集装箱船为研究对象，给出了回转试验和Z形试验的不确定度水平。

关键词：操纵性;自航模试验;不确定度引言由于气垫船自航模自由航行不受约束，且距离岸基有一定距离，其远程无线控制尤为关键。

在保证远程控制指令数据长距离传输稳定的同时，气垫船自航模其自身操作的复杂性，也应保证其远程控制系统具备大量数据互换的能力。

该文针对用于无约束状态下的模型试验气垫艇船自航模远程控制方法进行详细介绍，其中包括气垫船自航模自控系统与远程控制实施方法。

1系统工作流程系统工作流程分为两部分：一部分是图像采集和处理并与伺服系统形成闭环，调节船模成像到图像的正中心；另一部分是当船模成像到达图像正中心后，采集当前水平与垂直伺服系统的角度，计算当前船模坐标并与上一坐标点进行关联，绘制运行路径。

2自航模试验简介本文介绍的气垫船自航模总长小于5m，总重小于200kg它不同于常规水线面船艇，具有总重轻、航速高的特征，还包含水线面船艇所没有的围裙、空气螺旋桨、垫升风机、空气舵等特种设备。

同时，所进行的试验需在无障碍物的开阔水域进行，水域面积不小于1.5km×1.5km，数据传输距离长和数据传输同时性也需要保障。

自航模运动进行非线性仿真试验时，选择在开阔水域以获得相对真实的试验数据，因此，开阔水域对自航模远离岸基的远程操作控制提出了较高的要求。

波浪模型试验规程

波浪模型试验规程什么是波浪模型试验？波浪模型试验是海洋航行中预测船舶航行阻力的一种测试方法，它由模型船只所拟仿的洋流以及模拟波浪组成。

这种方法可以准确地反映船舶在不同环境条件下的行为，从而给船舶设计和海上安全提供支持。

波浪模型试验的目的是通过对模型船行为的测量来获得关于船舶设计性能的准确数据。

它能够仔细研究船舶的耐久性，安全性，稳定性和机动性，从而提高船舶设计和海上安全性。

此外，波浪模型测试还可以应用于评估船舶阻力和受力、能量损失以及船体噪声、振动的测量。

通过对模型船的多参量检验，可以深入了解船舶的状态变化，提高船舶的设计和操作水平。

因此，波浪模型试验是设计和使用船舶的必要环节，被认为是海洋航行的核心技术。

本文就如何进行波浪模型试验并得出有用结论给出介绍。

一、实施波浪模型试验的准备工作1）波浪模型试验的模型选择：需要根据模型船的实际海洋环境条件选择合适的模型。

通常，应该考虑模型船的总体形状、体积、尺寸和重量等因素。

2）模型内部布置：模型实验室一般提供合适的研究空间，基本上应该包括船舶设备，通风及空调系统，电气设备，水文和水力设备，以及研究所需的有关设备。

在模型实验室中，应该考虑设备的安全性，舒适性和可操作性，以便尽可能地减少实验的误差。

3）水池准备：水池也是实验的重要组成部分。

它应该具有足够的洗涤能力，可以满足不同任务要求，并可以模拟真实海洋环境。

在使用大水池时，应确保池壁和底板清洁，设备稳定，以确保实验结果的可靠性。

4）模型准备：模型的准备应考虑模型的总体结构、重量分布和装配细节等因素，确保准确无误。

此外，还应考虑模型的表面处理，力学实验仪器和仪器仪表设备设置，以确保测量准确。

二、波浪模型试验步骤及其应用1）模型安装：模型安装是实验中最重要的一步，应确保模型正确地安装在水池中，并且与水池壁吻合，不能有任何松动，否则实验结果会受到影响。

2）流量精度调整：波浪模型的流量精度是实验的重要参数，它影响着实验的准确性，也是模型实验的关键环节，应该确保它的精度和可靠性。

波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

科技资讯2016 NO.18SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学术论坛168科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION作为海域船舶操纵过程中极为重要的组成部分,波浪中船舶操作性的预报及评估直接影响实海域船舶的操作性能,该评估结果能够在一定程度上提升设计的科学性与有效性,成为国内外科学界的研究重点。

对波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析有着重要的实践意义与应用价值。

1 坐标系统在对船舶海洋运行进行研究的过程中,一般需参照地球坐标系与船体坐标系两种,这两个坐标系处于同一水平面,且与海平面呈现齐平状态。

将船舶的运动速度设为U 0,其前进速度与相应的位置在船体坐标体系中为T c TC y x p r v u V ],,,[,],,,[φψη==,其中u 为船舶船体坐标系下的纵向速度;v 为横向速度;r 为的是艏摇角速度;p 为横摇角速度,通过上述能够得出艏摇角ψ以及横摇角φ[1]。

在地球坐标系中,船舶速度、位置可以在欧拉角的作用下实现矩阵转化,得到相应的V E 、ηE 以及E 4×4的值。

2 数学模型2.1 操纵运动模型在MMG分离式模型下,可建立横荡、纵荡以及艏摇、横摇的自由度耦合模型。

其中设船舶质量为m ,船舶的惯性矩为I ,附加质量与惯性矩则为m x 、m y 以及J ,船体坐标系重心坐标为(x G ,y G ,z G ),船体力、舵力以及波浪力分别用H ,R ,W 表示。

2.2 船体力流体力在船体上的作用主要表示为:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧---====HH H HH HH H H Y z N Z G mg K pLdU r N N pLdU r Y Y pLdU r X X φβββ22/1·2/1·2/1·'20''20''20'）（），（）（），（）（），（其中），（''r X R β,），（''r Y Hβ,），（''r N H β分别为船体力的无因次形式,采用无因次转艏速度r ’以及漂角β表示, 其表达式为:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++++=++++=++=3''2'''''''3''2''2'3'''2'''2''3'''r N r N N r N N r N r Y r Y Y Y Y r Y r X X X r X rrr r r Hrrr rr r H rr r H βββββββββββββββββββββββββββββ），（），（），（[2]。

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究
吴乘胜;闫岱峻;邱耿耀;倪阳
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2015(000)003
【摘要】波浪中航行船舶阻力增加，特别是短波中的阻力增加，是船舶界关注的焦点之一，也是船舶水动力学界研究的热点之一。

论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术，针对KVLCC2船型，开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。

与模型试验结果的比较表明，文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加；对船体各部分波浪增阻的分析表明，船体艏段产生的波浪增阻占主导地位，艉段的波浪增阻很小，而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。

【总页数】8页(P229-236)
【作者】吴乘胜;闫岱峻;邱耿耀;倪阳
【作者单位】中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室，江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室，江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室，江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室，江苏无锡 214082
【正文语种】中文
【中图分类】U661.7
【相关文献】
1.波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析 [J], 曹阳;朱仁传;蒋银;洪亮
2.带球鼻艏方尾型船模阻力的计算研究 [J], 于苏楠;潘华辰;田晓庆;赖祥华
3.船模不规则波中顶浪运动数值模拟研究 [J], 石博文;刘正江;吴明
4.典型油船船模静水阻力CFD计算策略探讨 [J], 杜云龙;陈伟民;董国祥
5.船模阻力CFD结果的不确定度分析 [J], 张立;周传明;陈伟民;陈建挺
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全回转双桨船舶操纵性预报

全回转双桨船舶操纵性预报吴兴亚;高霄鹏【摘要】为实现对全回转桨船操纵性的预报，根据船舶分离型运动模型的建模方法，考虑全回转桨在水平面上周转的灵活性与受力的特殊性，着重分析双桨受力，建立适用于全回转对转桨船模的MMG操纵运动数学模型；模拟船模进行PMM 运动，求得水动力导数并采用四阶龙格—库塔法对操纵性常微分方程进行求解；对某工程船在静水中的回转运动和Z形操纵运动进行数值仿真预报，并将预报结果与自航模操纵性试验结果进行对比。

结果表明，两者吻合度较高，验证了针对全回转对转桨船模所建立的船舶运动数学模型的有效性，可为全回转桨船的操纵性预报提供一种较为可靠且行之有效的方法。

%To predict the maneuverability of full-revolving propeller ships, this paper analyzes the propeller force and establishes MMG equations for controlling motion mathematical models that are suited to the full-revolving propeller model, in accordance with the modeling method of the separating ship motion model and taking into account the special nature of the force and flexibility of a full rotation in the horizontal plane of a full-revolving propeller. Secondly, hydrodynamic force derivatives for the ship model are obtained by simulating the model's PMM movement, and the controlling Ordinary Differential Equation (ODE) is solved using the four-stage Rung-Kuta method. Finally, the numerical simulation of a certain ship's rotating motion and its zigzag test in still water is obtained, and the prediction results are compared with that of a self-running model. It is found that the simulation results agree well with the trial results, and the effectiveness of the ship motion modelfor the full-revolving propeller model is validated. In brief, this paper provides a reliable and effective method of predicting the maneuverability of full-revolving propeller ships.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2017(012)001【总页数】6页(P27-31,62)【关键词】全回转桨;MMG数学模型;水动力导数;数值仿真;操纵性预报【作者】吴兴亚;高霄鹏【作者单位】海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033;海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U661.33船舶操纵性作为船舶性能研究的重点，始终是影响船舶安全航行的重要因素之一。

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收稿日期：２１－２０；修改稿收稿日期：２１—８１０１１．５０２０．６
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国
造
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学术论文
结果对比，为ＶＣＬＣ在波浪中的操纵性能预报提供了依据。
１波浪中操纵运动方程
船舶运动坐标系如图１示，坐标原点位于船舶的重心。ＤＺ为空间固定坐标系，Ｄ为空间固所定坐标系的原点，ＯＸ以正北方向为正，ＯＹ以正东方向为正，ＯＺ垂直于水平面以指向地心为正。ｘｚｏｙ为固定于船舶的动坐标系，０为船舶重心，ＯＸ平行于基线，指向船首为正，为顺浪。为船舶的漂角。垂直于舯剖面，指向右舷为正，Ｚ垂直于水线面，向地心为正。为浪向角，：０为迎浪，＝９。Ｏ指。０为横浪，＝１０８。
要
超级油轮（ＬＣ）由于其自身惯性大、方形系数大等特点，其操纵性与一般的大型船舶存在很大差异，ＶＣ因此对其操纵性特别是波浪中的操纵性进行研究就显得尤为重要。目前国内鲜有研究人员对不同波陡、初始浪向角下ＶＣＬＣ波浪中的操纵性进行详细和深入研究，本文采用一种新型自航模系统的操纵性试验和数值模拟的方法对不同波陡规则波下ＶＣＬＣ波浪中的操纵性能进行了究。在试验中，过改变波浪参数，重点研研通究分析了同波陡、初始浪向角对ＶＣ不ＬＣ操纵性的影响，并与数值模拟进行比较，结果吻合良。好
图１坐标系统
波浪中ＭＭＧ模型的４自由度操纵运动方程：
（＋一ｍｍ）＋＋＋ｍｍ）＋ｙ西＝
（）１
（＋＋＋＝＋Ｒｍｍ）（）＋ｙ＋
们的重视。因此，对ＶＣ的操纵性进行研究以确保海上运输安全已成为一个重要的课题。特别是波ＬＣ浪环境力下的操纵，已成为ＶＣＬＣ操纵性研究的重点关注问题。
自１４年Ｄｖｏ第一次对船舶操纵性进行研究到现在，这一领域进行的研究已取得了较大的进９８ａｉｎｓ
稳定性和追随性都很差，不易操纵。针对ＶＣ以上操纵特点，本文提出了基于ＭＭＧ模型的４自由ＬＣ
度波浪中操纵性预报方法，并利用上海交大开发的先进新型自航模试验系统进行了３０ＤＷＴＶＬＣ模２ｋＣ
型波浪中的回转试验，ｚ形试验，研究分析其在波浪环境力下的操纵性特点，并与数值计算
５卷３
第３期（总第２２期）０
中
国
造
船
、０．３Ｎｏ３（ｅｉｌ．０，１５．ＳｒａＮｏ２２）
Ｓｐ０２ｅ．２１
２１０２年９月
ＳＰＨＩＢＵＩＬＤＩＮＧＯＦＣＨＩＮＡ
文章编号：１０ —８２（０２３００ —９００４８２１）０ —０９０
展。研究的重点从静水操纵性逐渐转向波浪中操纵的问题。目前对船舶波浪中操纵性的研究主要集中在尾追浪中船舶的横甩和倾覆方面，荷兰和日本等国家先后进行了船舶在尾追浪中的横甩和倾覆试验
［－３１２
。
然而船舶在尾追浪中的大幅运动模型试验和数值模拟均具有很大的难度，Ｍｕｉ提出可以利用ｚＡｎｆ
关键词：ＶＣ；ＬＣ操纵性；规则波；初始浪向角；波陡；新型自航模系统；数值模拟
中图分类号：Ｕ７．．Ｕ６．６４３３；６１３８１３３文献标识码：Ａ
０前Biblioteka 言ＶＬＣ由于操纵性问题引起碰撞事故造成原油泄漏、环境污染、生态破坏等问题，越来越引起人Ｃ
ＶＬＣ波浪中操纵性数值预报与自航模试验验证Ｃ
苏威，马宁１顾解忡，２，
（．海交通大学船舶建筑与海洋工程学院，上海２０４；１上０２０２上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２０４）．０２０
摘
形操纵试验结果预报横甩现象，从而使问题大为简化Ｌ。日本学者安川宏纪对波浪中的操纵运动（３Ｊ旋回运动，ｚ形试验，停车试验）分别进行了模型试验和数值模拟【４－。谌栋梁，黄国棵，黄祥鹿，邓德衡对一艘集装箱船在随机波浪中的操纵性进行了预报【。严似松、黄根余对由拖船和驳船组成的拖航６Ｊ系统在静水中的操纵性进行了数值计算［，姚竞争等人利用３自由度ＭＭＧ分离式模型对拖航系统在１
风、浪、流联合作用下的操纵性进行了数值模拟［。但以上研究并没有针对ＶＬＣ这类操纵性特殊的８１Ｃ船舶。ＶＬＣ由于质量，惯性和方形系数都比较大，单位载重吨所分配到的主机功率比较小，所以应Ｃ舵性较差，操纵比较呆笨，启动和停止都很缓慢，一旦有进速就很难停下来。在旋回性能方面，航向