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模拟结果揭示KCS和6000TEU船在不同工况下的回转运动

时间:2023-08-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3-31和图3-32分别给出了KCS和6 000 TEU 两艘船在不同工况下做定常回转运动的数值模拟结果,表3-6和表3-7分别对两艘船在不同工况下的相对回转直径进行了汇总。以KCS船型为例给出该船Z型运动的数值模拟结果,如图3-33至图3-37所示。

模拟结果揭示KCS和6000TEU船在不同工况下的回转运动

模拟不同浮泥条件下,船舶斜航、纯横荡和纯首摇运动所受流体力以及舵在不同舵角情况所受流体力。以KCS船型为例,斜航运动所受横向力和回转力矩如图3-23和图3-24所示。可知,船体在浮泥水域中所受的横向力和回转力矩比清水中的要大,并且流体力和力矩大体上随着浮泥厚度逐渐增大(而龙骨下富裕水深Hclear减小)而增大。对于纯横荡运动,如图3-25和图3-26所示,与清水中的情况相比,船体在浮泥水域中所受横向力和回转力矩幅值变大;随着浮泥面与船底面距离逐渐缩小,船体所受流体力和力矩幅值逐渐增大;当浮泥与船体接触后,随着浮泥厚度进一步增大(而Hclear减小),船体所受流体力和力矩幅值变化不大。对于纯首摇运动,如图3-27和图3-28所示,如图3-29和图3-30所示,与清水中的情况相比,船体在浮泥水域中所受横向力和回转力矩幅值变大;随着浮泥厚度逐渐增大(而Hclear减小),船体所受流体力和力矩幅值逐步增大。对于舵在不同浮泥条件下的受力情况,当舵跟浮泥没有接触之前,舵所受横向力和回转力矩随着浮泥厚度增大(而Hclear减小)而增大;当舵与浮泥接触后,舵所受流体力和力矩随浮泥厚度的改变没有太大的变化;对于不同来流攻角,舵的受力特性保持一致。此外,对于KCS和6 000 TEU两艘集装箱,船体在不同浮泥条件下的受力特点类似,浮泥对船舶受力影响规律基本一致。

图3-23 KCS船型斜航运动所受横向力比较

图3-24 KCS船型斜航运动所受回转力矩比较

图3-25 KCS船型纯横荡运动所受横向力比较

图3-26 KCS船型纯横荡运动所受回转力矩比较

图3-27 KCS船型纯首摇运动所受横向力比较

图3-28 KCS船型纯首摇运动所受回转力矩比较

图3-29 KCS船舵所受横向力比较

图3-30 KCS船舵所受回转力矩比较

对上述约束运动船体所受的流体力进行回归,可以得到船体对线速度、线加速度角速度和角加速度的水动力导数。将这些水动力导数代入操纵运动微分方程,并对方程进行求解,可以模拟船舶30°定常回转和10°/10°Z型运动。图3-31和图3-32分别给出了KCS和6 000 TEU 两艘船在不同工况下做定常回转运动的数值模拟结果,表3-6和表3-7分别对两艘船在不同工况下的相对回转直径进行了汇总。可以看出,两船的回转直径随着吃泥厚度增加而增大;两船在浮泥厚度为0.1倍吃水的条件下航行,其回转直径与清水中的情况相比,分别增加约40%和60%;当船底刚接触到浮泥时,回转直径比清水情况增加了1.1倍;当浮泥厚度继续增加使得龙骨下富裕水深为负值时,回转直径与清水中相比分别增大了约2倍和1.7倍。

以KCS船型为例给出该船Z型运动的数值模拟结果,如图3-33至图3-37所示。船舶Z型运动分析结果表明,船舶的转首性和航向稳定性随着浮泥厚度增加而降低;在所选取的浮泥条件下,船舶均能通过舵对其航向进行控制,但在浮泥水域中需要更长的时间才能完成指定的操纵运动。操纵性数值模拟分析表明,航道底部浮泥对船舶在大舵角下的紧急规避及中舵角下的航向机动性能有较大的影响,但船舶在不同条件下对操舵均有正确的响应。(www.xing528.com)

图3-31 KCS船型在不同浮泥条件下回转运动模拟结果

图3-32 6 000 TEU船型在不同浮泥条件下回转运动模拟结果

表3-6 KCS船型不同计算工况下回转直径

表3-7 6 000 TEU船型不同计算工况下回转直径

图3-33 KSC船型Z型运动数值模拟结果(Hclear=0.2 D)

图3-34 KSC船型Z型运动数值模拟结果(Hclear=0.1 D)

图3-35 KSC船型Z型运动数值模拟结果(Hclear=0)

图3-36 KSC船型Z型运动数值模拟结果(Hclear=-0.1 D)

图3-37 KSC船型Z型运动数值模拟结果(Hclear=-0.2 D)

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