小水线面双体船的水动力性能分析(附件)

摘 要摘 要小水线面双体船的概念诞生于上世纪四十年代,作为新时代的高性能船舶,它由普通的单体船衍生而来,但与普通的单体船相比,他的耐波性更强,横向稳定性更好,更适合高速航行,甲板面积也更宽大,因此该船型以后无论是在军事方面还是在货运客运方面都有着极大的发展潜力。世界上已经有越来越多的国家对他的研究价值给予了极大的关注。本文在一开始从表面波理论,环境载荷和系缆力计算三个方面为后文的研究奠定了理论基础,然后利用 AQWA-Line 建立小水线面双体船的三维几何模型,分析小水线面双体船在不同航行状态下,附加质量,辐射阻尼,运动幅值响应算子(RAO)等水动力参数。从而研究小水线面双体船在规则波浪下的运动状况。之后再利用AQWA-Drift,分析小水线面双体船在被系泊缆固定的情况下,船体的运动状况及系泊缆的受力运动情况。关键词小水线面双体船;AQWA;系泊,时域耦合分析
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 2
1.3 码头系泊的概述 4
1.3.1 系泊缆分类 4
1.3.2 系泊船舶环境因素 5
1.4本文主要研究内容 6
第二章 基本理论 7
2.1 引言 7
2.2表面波理论 7
2.2.1 表面波的基本方程和边界条件 7
2.2.2 波浪理论 8
2.2.3 辐射和绕射理论 9
2.2.4 格林函数法 14
2.3 环境载荷的计算 16
2.3.1 波浪载荷 16
2.3.2 风载荷 18
2.3.3 流载荷 18
2.4 系缆力的计算方法 18
第三章 小水线面双体船的水动力频域分析 20
3.1船体和海况描述 20
3.2频域计算 20
3.2.1附加质量 20
3.2.2辐射阻尼 22
3.2.3一阶波浪力响应算子(RAO) 24
3.2.4一阶波浪力 27
3.2.5二阶漂移力传递函数 30
3.3本章小节 34
第四章 小水 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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线面双体船的时域耦合分析 35
4.1引言 35
4.2 计算模型 35
4.3小水线面双体船的时域分析 37
4.3.1局部锚链张力 37
4.3.2 整根锚链长度以及拖地长度 38
4.3.3 浮心位置 40
4.4本章小节 41
第五章 总结与展望 42
5.1总结 42
5.2展望 42
致谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1研究背景
近代船舶的诞生可以追溯到200年以前,从那时起每一个搞船舶设计和研究的工程师都为了改善和提高船舶的耐波性而绞尽脑汁。船在恶劣的海况下,会产生非常剧烈的摇摆和晃动,由此引起船上的工作人员和游客们的晕船、波浪翻到甲板上并击打甲板,同时推进器的螺旋桨叶片露出水面然后主机飞车甚至失速,这种时候整条船都会陷入巨大的危机,船上人员的人身安全受到巨大的威胁。所以在恶劣海况下船舶的表现,往往能判定一种船型的设计是否成功。从以往的经验来看,人们往往会把船造的越来越大,这不只是因为这样能装跟多的货物,而是这样做能够有效的增加船舶的耐波性。不过把船造大的做法最明显的去缺点就是会剧烈的提高建造船舶和营运船舶的成本,通常情况下船东并不会同意这样的做法。后来人们想到了在船体结构上下功夫,于是设计师们在船舶的舭部增加消摇鳍,在首部尾部增加减摇水仓。不过即使如此,这些办法在一定程度上只对船舶进行横摇时有减摇的效果,却拿船舶的纵摇没什么办法。因此,那些排水量不大的小船,要想在海上各种天气情况下进行全天候的航行,基本是痴人说梦。即使是更大一些的船舶,排水量能够达到4000吨以上,在海面情况比较恶劣的时候,航向的效率也会大大的下降。但是随着时代的发展,无论是用船进行海洋运输的商人,还是为了保护国家海洋领域安全的海军,都希望能有更加有些优秀的船型被开发出来,来满足他们日益增长的球,小水线面双体船的设计理念就在这种情况下产生了。
21世纪以来,随着陆地资源的不断减少,人们对海上石油和天然气的需求越来越大,而且各国之间的贸易往来日趋频繁,海运成为主要运输方式。为了保证船舶在停靠过程中,可以完成正常作业,必须减小船舶在码头系泊状态下的运动响应[1]。同时需要注意的是,由外海传来的波浪和附近船舶出港或入港时兴起的波浪,也会对码头系泊船舶产生影响。有时甚至会发生一些特殊情况,虽然波浪的振幅相对较小,但同样会使船舶发生较大的运动响应,一旦影响到正常作业,就会导致船舶停靠码头的时间增加,进而会增加相应的运营成本,如果发生断缆等情况,会发生无法估量的损失。因此,在码头系泊的过程中,必须要保证船舶的运动响应不能太大,只有这样,才能保证船舶的正常作业和港口的安全[2]。
1.2研究现状
1942 年,第一个较为完整的小水线面双体型载机舰的想法由美国[3]发明家 Preed提出。1971年,美国海军要求研制一种能在各种海情下稳定航行与工作的新船型来配合探索反核潜战术以及帮助空间回收的运载工具,巧的是,依据当时的科研水平,小水线面双体船的特点完全适应这一需求,直接导致了世界上首艘实验型小水线面双体船kaimalino 号的诞生。1973 年 3 月kaimalino 号下水,同年10月开始试航。在之后的两年内,这艘船进行了各种各样的实验航行,比如这艘船能在浪高两米的恶劣情况下,让直升飞机在他的甲板上成功完成起降。它的成功告诉世界这种新船型相比同等排水量的单体船,耐波性更为优秀,在恶劣海况下工作状况更为稳定,同时他的实验数据都被完好记录下来,能够为以后小水线面双体船的研究积累更多的经验,对该船型的发展打下技术基础。从那时起,SWATH 作为小水线面双体船的英文首字母简写语,被人们广为所知。1980年,洛克希德导弹与宇航公司收到美国海军的委托,研发全球第一艘能够隐身SWATH"海幽灵"号。一开始他并不为大家所知晓,知道他后来成为了一本科技杂志的封面船,大家猜明白,小水线面双体船已经能够具有隐身功能,使其在海上具有更加灵活的表现,能够在不被敌人察觉的情况下接近敌人并消灭敌人。海幽灵排水量为 569 吨,能够承载60吨的武器与货物,能以15节的速度在海上隐身巡航。他拥有与众不同的 A 型结构以及水上、水下隐身船体材料和外形。他把重点放在了控制以及改善船舶运动的姿态,提高航行的平稳性;开辟出广阔的体积为总布置优化造就了很好的条件;使全船综合性能产生质的飞跃,同时研发人员也发现了新的研究课题。通过80年代已有系统的海上试验基础,以及90年代初期和末期都进入的新一轮的海上试验,显示出SWATH在以后高性能船舶和水面快速舰艇发展中起到的十分重要的作用 。

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