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波浪上船舶运动理论验证及比较

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:自切片法及其各种改良方法问世以来,人们对其可靠性进行了广泛的考察,包括与试验结果或三维理论计算结果的比较。需强调的是,切片理论仅对细长的船体适用,对一些并非细长的特殊船型,如起重船、方驳等原则上是不适用的。由于方箱不是细长的,切片理论自然与三维理论相去甚远。

波浪上船舶运动理论验证及比较

自切片法及其各种改良方法问世以来,人们对其可靠性进行了广泛的考察,包括与试验结果或三维理论计算结果的比较。事实上,我们在图1.2,图5.17~图5.25中已经标出了切片法的一些计算结果。这里再提供一些计算实例进一步予以说明。

图8.8 椭球体流体动力系数计算结果比较

(a)椭球体垂荡附加质量与阻尼系数;(b)椭球体纵摇附加质量与阻尼系数;(c)椭球体纵荡附加质量与阻尼系数

图8.8是一椭球体的流体动力系数分别按切片理论和三维源汇法的计算结果比较[169]。从图中容易看出,按照三维源汇法计算,无论是垂荡或纵荡,低频时其附加质量都是有限值;而按照切片理论,低频时垂荡和纵摇附加质量趋于无穷大。这是因为切片法计算垂荡和纵摇附加质量时要用二维柱体垂荡的附加质量作被积函数,而后者在振荡频率趋于零时趋于无穷大,故切片理论给出的结果也是无穷大,这自然与三维结果相差悬殊,这从计算上表明了切片理论只在高频范围内才可认为是合理的。再者,物体两端不满足切片理论要求的条件,纵摇参数是二维参数乘以x后的积分,与垂荡相比,两端剖面参数的误差被放大了。因此,纵摇切片法结果与三维结果的差别比垂荡更大,图8.8显示了这种趋势,另外,切片理论不能给出纵荡(surge)的流体动力参数,而三维源汇法则可以,如图8.8(c)所示。但从数值上看,纵荡要比垂荡时的附加质量和阻尼系数小很多,大致上要小一个数量级。

尽管在低频段,垂荡和纵摇的流体动力系数按切片法计算的误差很大,但对运动的影响却并不大。图8.9和图8.10即为某两船垂荡与纵摇运动按切片理论计算结果与试验数据的比较[9],由图可见,对这两种运动模态,切片理论计算结果与试验结果的吻合程度在整个频率范围内都是相当好的。低频段计算比较吻合的原因在于这时运动主要受静恢复力项控制(注意ω→0),流体动力系数的计算误差在运动中体现不出来。

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图8.9 “Mariner”号在迎浪中纵摇和垂荡的计算(Fr=0.2)

图8.10 60系列C B=0.60船型在不同浪向中的纵摇(Fr=0.15)

关于切片理论运动计算比较(包括纵向运动和横向运动)有很多文献可资参考,如文献[162]、[170]等,这里不再列举。需强调的是,切片理论仅对细长的船体适用,对一些并非细长的特殊船型,如起重船、方驳等原则上是不适用的。图8.11给出了一个90 m×90 m×40 m的方箱垂荡时的流体动力系数及运动的不同方法计算比较[169]。由于方箱不是细长的,切片理论自然与三维理论相去甚远。对这些特殊船型,工程中引进一些基于经验的修正,仍用切片法进行运动估算[171]。这些做法这里不再讨论了。

图8.11 方箱垂荡的计算结果比较

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