水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船运动及其倾覆概率计算

面对复杂的海洋环境,舰船在执行任务时,需要提升在恶劣海况下的生存能力。而舰船最可能面临水下炸弹爆炸或者风暴引起的大波浪,从而可能会发生倾覆事故。本文主要研究了舰船在发生破损情况时,如何提高其航行的稳定性,降低倾覆发生的概率。首先,本文对船体倾覆的几种模式进行分析,然后建立风浪作用模型和水下爆炸冲击波模型,并计算在上述情况下的倾覆发生概率与稳定程度。

水动离心力及其应用

针对常规船艇在高速前进时转弯易失去稳定性,继而出现向心倾覆的危险,提出在船底浸湿面设置一对平行对称于船底纵向中心线的导流槽、且在船舷设置压浪阻溅流挡板,从而使船艇转弯时能激起足够强大的水动离心力、水动推进力、水动升力和相应的水动抗船体向心倾覆扶正力矩、水动助回转力矩。依据上述理论和实船、实航的试验结果,证实设置涌浪导流槽和挡板后形成的这些水动力和相应的水动力矩能使船艇在转弯时既保持机动灵活,又能高速稳定与安全。

破舱倾覆船体扳正过程数值模拟

考虑了破舱倾覆船体浮性和稳性,研究了船体在扳正过程中空间位置和受力状态;采用欧拉旋转变换方法建立了船体空间力学平衡方程,根据船舶静力学原理,得到了破舱倾覆船体稳性和扳正力数学模型;根据伯努利定理计算了破舱进水量及其对船体重心和浮心位置的影响;利用GHS软件模拟了破舱倾覆船体的扳正过程,求解了其最大扳正力和进水量,计算了船体纵向6个位置的剪力、弯矩和扭矩。计算结果表明:在最初扳正时,破舱进水导致倾覆船体扳正力矩降低了130.312 MN·m,说明破舱进水降低了倾覆船体的稳性,可以减小最初扳正力,降低了扳正难度;在扳正后期时,破舱进水产生的倾斜力矩最大值为163.594 MN·m,说明破舱进水降低了船体的稳性,提高了扳正难度,仍需要施加较大的扳正力平衡船体;船体纵向强度分布会随着扳正力和破舱进水量的变化而改变,多点扳正船体的最大扳正力小于单点最大扳正力的40%,最大扭矩小于单点扭矩的50%;方案1~4的最大进水量分别为6 269.76、6 781.01、5 830.76、6 653.33t,因此,合理布置扳正点的位置,单点扳正(方案1~3)的进水量小于多点扳正(方案4)。