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VLCC波浪中操纵性数值预报与自航模试验研究

作　者: 苏威
导　师: 马宁；顾解忡
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: VLCC 波浪操纵性数值预报自航模
分类号: U661.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

船舶操纵性与航行的安全性、经济性密切相关。VLCC由于自身船宽、惯性矩大,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,而且其操纵性问题引起的碰撞事故造成的原油泄漏等环境污染、生态破坏问题也越来越引起人们的重视,因此对VLCC的操纵性进行细致深入研究确保海上运输安全已成为一个重要的课题,特别是在波浪环境力下的操纵,已成为操纵性研究的重点关注问题之一。目前操纵性的研究方法主要是数值模拟和自航模试验。本文分别采用数值模拟研究方法和利用上海交通大学自主开发的新型自航模系统进行船模试验的方法对一艘320KDWT VLCC的静水操纵性以及波浪中的操纵性进行了数值模拟预报和自航模试验验证。船舶操纵性运动数值模拟的关键是数学模型的建立,本文采用了的Kijima的分离式MMG船舶操纵运动数学模型,并考虑了船舶的横摇运动。利用FORTRAN语言编写的操纵性数值仿真程序首先对320KDWT VLCC静水中的操纵性进行了数值预报,并通过自航模试验对静水中的操纵性能数值预报进行了验证。本文利用自航模系统对三种不同装载情况(满载,半载,压载)以及三种不同载况下分别对应的四种不同纵倾浮态下静水中的操纵运动(回转试验,Z形试验,停车试验,螺线试验)进行了精确的试验和IMO衡准校核,分析了不同装载和纵倾对VLCC操纵性能的影响。本文波浪中的操纵性研究同样是基于MMG模型的基础,加入波浪环境力,通过改变波浪参数(波高,波频,波长,浪向角),对不同波陡,不同初始浪向下规则波中操纵性能进行了数值预报,研究分析了波陡、初始浪向对VLCC波浪中操纵运动的影响,并与静水中的工况对比分析,研究波浪环境力对操纵性能的重要影响。波浪中的操纵运动同样在国家重点实验室进行了相关试验,包括波浪中回转试验、Z形试验、停车试验,并对数值模拟结果进行了验证对比。波浪中船舶操纵运动的数值模拟的关键是波浪力的计算,本文采用通用软件计算得到320KDWT VLCC不同航速、不同浪向角下的一阶波浪力和二阶漂移力,然后将波浪力封装成数据模块,以备主程序调用。数值仿真时,利用拉格朗日插值计算得到瞬时波浪力代入操纵运动控制方程进行下一时刻的操纵运动仿真。本文还开发了同步浪高仪系统,可以记录船舶运动过程中相对波高的变化。对比分析数值模拟与自航模试验结果,静水中的操纵运动仿真与自航模试验结果吻合良好,证明开发的数值预报程序能够较好预报VLCC船舶的静水操纵性能。波浪中的操纵性数值预报与波浪中操纵性试验吻合较好,回转运动主要特征参数比较接近,Z形试验超越角误差差强人意,可见该数值预报程序同样适用于波浪中的操纵性能预报。通过对静水中操纵运动的数值模拟与试验分析发现,载况、纵倾角度对的操纵性能具有显著的影响。研究分析波浪中操纵运动数值预报结果和试验数据,发现波陡、初始浪向角对波浪中的操纵性具有较大的影响。

VLCC波浪中操纵性数值预报与自航模试验研究

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