第二章船舶在规则波中的摇荡 船舶运动学教学课件.ppt

重点:船舶在规则波中的线性横摇,航速航向影响. 难点:考虑非线性影响的共振横摇角计算 第二章 船舶在规则波中的摇荡 第一节 规则余弦波 深水和浅水中的水质点轨迹 第二章 船舶在规则波中的摇荡 第二节 船舶在规则横波中的线性横摇 放大因数曲线 相位角随调协因数变化曲线 横摇的谐摇状态 谐摇：波浪周期 TB等于船横摇固有周期 Tθ 称为谐摇. 谐摇区：从放大因数曲线知， 不仅在谐摇 (∧θ=1 )，放大 因数 很大，而且在 ∧θ=1 附近的 一定范围内 也是 相当大 的，通常称 0.7＜∧θ＜1.3 的范围为谐摇区. 设计横摇固有周期 例 沿海λ= 60 m，T =6.2 S, 有效波倾 αm0 = 4°, 2μ= 0.15 如果 Tθ = 6.2 S, 则 θa = αm0/2μ=26° 改变设计Tθ =1.3* 6.2 =8.1秒 即∧θ= 1.3 改善横摇性能措施 （1）使Tθ远离 TB，避开共振区。 设计时,尽量使 Tθ 1.3 TB Bilge Keels 第二章 船舶在规则波中的摇荡 第三节 非线性共振横摇角的确定 第二章 船舶在规则波中的摇荡 第四节 船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇 船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇 一、简化计算所作的假定： 5. 船体作为细长体，对各个横剖面做2元问题处理，即平面流假设——流动只有沿切片平面内流动，与横剖面切片垂直方向没有流动。 第二章 船舶在规则波中的摇荡 第五节航向、航速对船舶横摇的影响 浪向定义 思考题 1. 何谓史密斯效应？ 2. 在求横摇波浪扰动力中为什么要引入有效波倾的概念？ 3. 如何设法避开船舶在波浪中的共振？ 4. 为什么在求垂荡和纵摇扰动力和力矩中要考虑波浪的纵向形状？ Fin Stabilizer External Force, Motion, Resonance with damper 强迫振荡 Frequency Motion Amplitude Very low damped :Resonance Lightly damped Heavily damped 非线性共振横摇角的确定 发生共振现象 造成幅值较大 超出了线性范围 计算共振横摇角必须考虑阻尼的非线性影响 非线性共振横摇角的确定 一、阻尼为一般规律时的共振横摇角 1。一般规律下的阻尼力矩： 2。利用等效线性化方法求得等效线性阻尼系数： 3。得出阻尼为一般规 律时的共振横摇角： 4。使用迭代法进行求解，当输入值和计算值十分接近 时即为所求。 非线性共振横摇角的确定 二、稳性规范中的横摇角计算 计算θa的步骤： 1。横摇角 2。分别确定3个系数。 表征波浪对横摇的影响，是风速与固有周期的函数。 固有周期为： 风速规定：一类航区42m/s、二类航区31m/s、三类航区22m/s,遮蔽航区为三类航区查得值的0.8倍。 非线性共振横摇角的确定 二、稳性规范中的横摇角计算 计算θa的步骤： C2表征船型和舭龙骨相对尺度对阻尼影响，如下表： 确定航区，对应右图可以求得C1的值。 非线性共振横摇角的确定 二、稳性规范中的横摇角计算 计算θa的步骤： C3表征B/d对阻尼影响，如下表： 进退 横摇、横荡、首摇 纵摇、垂荡 横向运动 纵向运动 船舶运动 纵向运动特点： 1。考虑波浪曲率影响 2。耦合运动大 3。运动幅值小，适用线性理论 4。阻尼力矩大， 阻尼的粘性成分小，主要是线性兴波阻尼。 船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇 一、简化计算所作的假定： 1. 船舶航速等于0，遭遇浪向角为0，迎浪状态。 2. 不考虑垂荡和纵摇的耦合影响。 3. 基于傅汝德——克雷洛夫假定：船体存在对波浪没有影响，是一个虚拟表面，波浪可以自由穿透。 4. 以有效波面来代替水表面波面。有效被面是某一吃水d m处的次波面，可表达为下式： d m——有效波面处吃水，可取 d m＝σd， d为船舶吃水。σ为该剖面面积系数 船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇 二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩 1.垂荡的主干扰力 根据假定，垂荡的主干扰力等于船体在波面下的浮力与平静水线下的浮力差。 微元体 二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩 1.垂荡的主干扰力 如上所示，将微元体沿船长积分可垂荡主干扰力。 其中： 水线面面积 修正系数 船舶在规则迎浪中的垂荡与纵摇 2.纵摇的主干扰力矩 二、垂荡的主干扰力和纵摇的主干扰力矩 将上图微元体的垂荡干扰力的主要部分对Gyb轴取矩，然后沿船长积分： 其中：