IMO第二代完整稳性衡准评估技术进展综述

国际海事组织(IMO)目前正在制定第二代完整稳性衡准,通过对五种稳性失效模式的计算方法和标准值制定新衡准,满足现代化大型船舶稳性设计要求,体现船舶水动力学最新研究成果,建立对船舶不同稳性失效模式的衡准评估技术,更加有效地保证船舶在波浪中的航行安全。本文回顾了IMO第二代完整稳性衡准的发展过程,对参数横摇、纯稳性丧失、瘫船稳性、骑浪/横甩和过度加速度五种稳性失效模式的薄弱性衡准和直接稳性评估技术的最新进展作了进一步阐述,给出了五种稳性失效模式的衡准方法,同时还介绍了国内对IMO第二代完整稳性衡准制定的应对情况,并提出今后我国第二代完整稳性衡准研究工作的建议。

CFD方法的船舶骑浪稳性研究

为研究船舶骑浪状态下的稳性损失,本文基于计算流体力学方法,对船舶骑浪航行时的复原力臂进行了计算。采用边界造波法构建了适用于船舶骑浪航行的规则波数值波浪水池,以某瘦长型船模为例,对其在静水及3种不同波高波浪中骑浪航行且波峰位于船舯时的流场进行了数值模拟,综合计入波浪及船行波影响,计算了船模在不同横倾角下的复原力臂,得到了不同工况下的船模稳性曲线。实验结果表明,船舶骑浪航行时,波高越大,稳性损失越严重;骑浪航行时船舶航速较高,在计算稳性损失时,船行波的影响不可忽略。

水上船舶航行稳定性控制仿真研究

由于船舶在实际航行中受到风浪、洋流等环境因素的干扰,引起船舶的倾斜和摇荡,影响船舶稳定性,关乎船舶航行的安全性。当前稳性衡量标准以静态平衡为基础,未考虑波浪对船舶稳性影响。波浪中船舶运动复杂多变,研究波浪中的船舶运动,分析和计算船舶在波浪作用下的稳性变化,对水上船舶航行稳定性控制具有重大指导意义。建立基于MMG思想的船舶六自由度运动数学模型;通过有限差分法或有限元法求解N-S方程,得到流体质点在任意时刻的状态,进而得到波浪的形态,实现水域海洋的模拟。进行船舶摇荡运动时域仿真,分析船舶稳性变化。在MATLAB上仿真的结果表明,船舶仿真运动能够很好地体现船舶的运动特征,为分析计算船舶稳定性提供了有效依据。

半潜船风浪中航行安全性评估方法探析

半潜船在船体结构、船体形状和装卸方式上存在诸多特殊性,在风浪中航行的安全性尤其重要。本文分别从船舶在波浪中的稳性理论、大幅横摇运动计算、倾覆概率预报、安全性模糊评价四方面归纳、分析了半潜船航行安全性研究的方法,为进一步深入研究和制定半潜船稳性规范提供借鉴。

随机波中船舶参数横摇研究

针对随机波中船舶参数横摇,提出一种数值预报方法。采用新的随机波成形方法,求解出船舶无横倾时在随机波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出船-波相对位置。利用3个坐标系之间的转换关系确定船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出船舶复原力的Froude-Krylov部分。提出复原力之辐射力和绕射力部分和横摇角的非线性假定。确定一个参数横摇数学模型,实现随机波中参数横摇计算;通过试验和数值模拟对一艘巴拿马型集装箱船进行了参数横摇预报,研究了随机波中参数横摇的实际非各态历经的特点。

斜浪群波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究斜浪群波中船舶参数横摇及其与复原力变化的关系,基于切片理论,计算了船舶无横倾时在斜浪群波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置.利用3个坐标系之间的转换关系,求解斜浪群波中船体各横剖面左右舷与波面的交点,确定各浸水剖面瞬时湿面积.基于规则波中复原力计算公式,提出了Froude-Krylov假说下的群波中复原力计算方法.同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出斜浪群波中船舶复原力之辐射力和绕射力部分.在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现斜浪群波中参数横摇计算.以一艘集装箱船为例,研究了斜浪群波中复原力变化以及参数横摇规律,结果表明斜浪群波中会发生参数横摇现象,且复原力变化幅度是影响参数横摇预报的一个重要因素.

顶浪规则波中参数横摇数值预报研究

国际海事组织正在制定第二代完整稳性衡准中有关参数横摇的直接稳性评估方法,本文提出了三种顶浪参数横摇数值方法。首先是单自由度横摇运动数学模型,考虑了无横倾时垂荡、纵摇运动对横摇力矩中非线性的Froude-Krylov力的影响;其次在单自由度数学模型的基础上进一步根据横摇角动态考虑了非线性的辐射力和绕射力;然后是垂荡-横摇-纵摇耦合的三自由度耦合数学模型,其中通过对瞬时湿表面积分得到非线性的Froude-Krylov力,考虑瞬时横摇角度对瞬时湿表面的影响计算辐射力和绕射力。最后采用国际海事组织提供的集装箱船型,通过比较计算结果和试验结果,证实这三种数值方法的有效性。