1、 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 2 1.1 1.1 概述概述 SummarizingsOscillating Motion of Full Scale Ships in Seas LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 3 概述概述Summarizingsl 风浪作用下的船舶风浪作用下的船舶 摇荡运动摇荡运动（oscillating motion）;摇荡运动之动态效应：摇荡运动之动态效应：u 速度、加速度、晕船；速度、加速度、晕船；u 增阻增阻（increase of resist
2、ance）与失速与失速（speed loss）；u飞溅飞溅（spray）、甲板上浪、甲板上浪（Green Water）;u 首底砰击首底砰击（Slamming）；u 舱液晃荡舱液晃荡（sloshing）；等。；等。LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 4 概述概述Summarizings船舶在波浪上航行时，产生直观的船舶在波浪上航行时，产生直观的摇荡运动摇荡运动（ie.6-DOF Motion）：沿坐标轴的线位移沿坐标轴的线位移绕坐标轴的角位移绕坐标轴的角位移纵荡纵荡(surge)横荡横荡(sway)垂荡垂荡(heave)横摇横摇(roll
3、)纵摇纵摇(pitch)首摇首摇(yaw)u 线位移线位移u 角位移角位移l 船舶在波浪上的摇荡运动船舶在波浪上的摇荡运动 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 5 概述概述Summarizingsu 显著的纵摇与升沉显著的纵摇与升沉u 剧烈的横摇运动剧烈的横摇运动u 剧烈的摇荡运动影响：剧烈的摇荡运动影响：航行安全性、作业使用性、人员适居性、航行安全性、作业使用性、人员适居性、LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 6 概述概述Summarizingsu 船舶摇荡运动衍生：船舶摇荡运动衍
4、生：以下常见的以下常见的耐波性事件（动态效应）耐波性事件（动态效应）：甲板上浪甲板上浪(green water)、淹湿淹湿（submergence)首底砰击首底砰击（slam)、螺旋桨出水螺旋桨出水（propeller emergence）加速度加速度（acceleration）甲板上浪甲板上浪首底砰击首底砰击甲板淹湿甲板淹湿 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 7 概述概述Summarizings摇荡运动与耐波性事件摇荡运动与耐波性事件:对对作战作战与与作业使用性作业使用性产生不利影响产生不利影响航母甲板起降处的垂向速度、加速度对舰载机
5、起降不利航母甲板起降处的垂向速度、加速度对舰载机起降不利 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 8 概述概述Summarizings舰载机起飞事故舰载机起飞事故 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 9 概述概述Summarizings船舶耐波性：船舶耐波性：船舶抵御风浪的综合能力；船舶总体性能之一。船舶抵御风浪的综合能力；船舶总体性能之一。u 摇荡运动：摇荡运动：影响航行安全、影响航行安全、增加航行阻力，影响航行速度增加航行阻力，影响航行速度增阻、失速；增阻、失速；u 衍生运动：衍生运
6、动：人员晕船、降低工作效率；人员晕船、降低工作效率；影响使用作业及其效率；影响使用作业及其效率；u 飞溅与冲击：飞溅与冲击：损毁船体结构；损毁船体结构；u 甲板上浪：甲板上浪：损毁甲板结构、舱室进水使船体倾覆；损毁甲板结构、舱室进水使船体倾覆；u 首底砰击：首底砰击：损毁船体结构；影响首底声纳；损毁船体结构；影响首底声纳；u 螺旋桨出水：螺旋桨出水：影响航速、损害主机系统影响航速、损害主机系统飞车；飞车；LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 10 概述概述Summarizings 迎浪航行？迎浪航行？首斜浪航行？首斜浪航行？横浪航行？横浪航
7、行？尾斜浪航行？尾斜浪航行？随浪航行？随浪航行？哪个浪向上的航行更安全？l 船舶在波浪上航行时的异常运动现象船舶在波浪上航行时的异常运动现象 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 11 概述概述Summarizings纯纯稳性损失稳性损失（loss of pure stability)参数共振参数共振（parametric resonance)急转横甩急转横甩（broaching-to)u 航海实践表明：随浪航行易于发生：航海实践表明：随浪航行易于发生：large amplitude heeling in following seasbro
8、aching LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 12 概述概述SummarizingsA typical example of broaching behaviour LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 13 概述概述Summarizings非线性大幅横摇或横倾非线性大幅横摇或横倾（large amplitude rolling or heeling in head waves)进一步的研究表明：船舶迎浪航行也有可能发生：进一步的研究表明：船舶迎浪航行也有可能发生：大开口集装箱船在
9、迎浪中的非线性横摇依然是研究热点问题 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 14 概述概述Summarizingsl 波浪波浪:为平台主体主要的诱导载荷。为平台主体主要的诱导载荷。有两种时间尺度:l 风风:不仅诱发波浪，对平台主体也产生影响。不仅诱发波浪，对平台主体也产生影响。有两种时间尺度:l 流流:为平台尤其是附属的细长结构的诱导载荷。为平台尤其是附属的细长结构的诱导载荷。l 海洋环境载荷海洋环境载荷风、浪、流风、浪、流 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 15 概述概述Summa
10、rizingsl 海洋结构物设计对运动与受力的考虑海洋结构物设计对运动与受力的考虑 各式海洋结构物对运动与受力的要求侧重不同：各式海洋结构物对运动与受力的要求侧重不同：垂荡：垂荡：横摇：横摇：纵摇：纵摇：风、浪、流漂移力和风、浪漂移运动：风、浪、流漂移力和风、浪漂移运动：LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 16 概述概述Summarizings船舶常规作业耐波性衡准船舶常规作业耐波性衡准 (NORDFORSK,1987)(NORDFORSK,1987)l 船舶耐波性衡准船舶耐波性衡准 LECTURE NOTES：Introduction
11、to Ship Seakeeping 17 概述概述Summarizingsl 耐波性综合指标耐波性综合指标l 任务作业率：任务作业率：任务作业率任务作业率 =风浪中能够完成作业的时间风浪中能够完成作业的时间静水中能够完成作业的时间静水中能够完成作业的时间100%100%l 年均可作业天数：年均可作业天数：基于长期海况统计下的一年内可作业天数基于长期海况统计下的一年内可作业天数l 可使用的海情级别：可使用的海情级别：正常安全作业的海清级别正常安全作业的海清级别 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 18 概述概述Summarizingsl
12、船舶耐波性研究手段船舶耐波性研究手段理论分析理论分析&模型试验！模型试验！LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 19 概述概述Summarizingsl 大尺度浮体：大尺度浮体：势流理论、自由面和物面条件的线性与非线性、时域与频域势流理论、自由面和物面条件的线性与非线性、时域与频域面元方法（面元方法（panel method）l 小尺度与细长构件：小尺度与细长构件：粘流理论、粘流理论、Morison模型、细长体理论模型、细长体理论基于基于CFD的数值模拟、切片方法的数值模拟、切片方法l 模型试验：模型试验：海洋环境（风、浪、流）的物理模拟海
13、洋环境（风、浪、流）的物理模拟水动力与载荷效应测试分析及其换算预报方法水动力与载荷效应测试分析及其换算预报方法精细流场无接触测量与成像技术精细流场无接触测量与成像技术l 适用的理论、方法与手段适用的理论、方法与手段 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 20 概述概述Summarizings LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 21 概述概述Summarizingsl 船舶耐波性课程体系船舶耐波性课程体系船舶摇荡运动船舶摇荡运动运动方程建立运动方程建立运动稳态解运动稳态解运动特性分析运
14、动特性分析船舶减摇技术船舶减摇技术学习重点：学习重点：u 风浪的描述；风浪的描述；u 船舶摇荡运动的基本概念；船舶摇荡运动的基本概念；u 船舶单自由度横摇分析方法；船舶单自由度横摇分析方法；u 船舶横摇、纵摇和升沉运动基本特性；船舶横摇、纵摇和升沉运动基本特性；u 船舶减摇技术一般知识船舶减摇技术一般知识 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 22 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating Motion LECTURE NOTES：Intr
15、oduction to Ship Seakeeping 23 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating Motion LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 24 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating Motion0000zyxozyxooxyz LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping
16、25 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating Motion)(),(),(tztytx)(),(),(ttt LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 26 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating MotionPitch and Heave Motion of Ship Model in Reqular Headseas LECTURE N
17、OTES：Introduction to Ship Seakeeping 27 1.2 1.2 船舶摇荡运动特征要素船舶摇荡运动特征要素 Characteristic Factors of Ship Oscillating Motion)cos()(tkxta输入输入微幅波微幅波输出输出)(tY 摇荡运动摇荡运动:)(atY)(iW)cos()()sin()(tatYtatYT/2)(tiae要素要素 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 28 1.3 1.3 船舶运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Mo
18、tion and Hydrodynamics LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 29 1.3 1.3 船舶运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Motion and Hydrodynamics:drFFm)(tx 波波 浪浪edrFFFxm tatysin)(taKtyKFssesin)(船体船体阻阻 尼尼 船舶在波浪上的振荡运动船舶在波浪上的振荡运动类似于一物体在弹簧上的类似于一物体在弹簧上的强迫振荡运动：强迫振荡运动：物体质量；物体质量；由绝对位移引起的弹簧恢复力由绝对位移引起的弹簧恢复力 由绝对速
19、度引起的阻尼力由绝对速度引起的阻尼力）（xN2-)(xKstaKxKxNxmsssin2 于是，物体运动方程：于是，物体运动方程：LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 30u 船舶在波浪上运动时，波面起伏：船舶在波浪上运动时，波面起伏：u 因水面起伏形成对船体的垂向恢复力因水面起伏形成对船体的垂向恢复力 即，波浪扰动力：即，波浪扰动力：u 船体在水中的相对运动，受到的阻尼力：船体在水中的相对运动，受到的阻尼力：u 船体的垂向恢复力：船体的垂向恢复力：u 船体垂向非定常运动受到的惯性阻力：船体垂向非定常运动受到的惯性阻力：1.3 1.3 船舶
20、运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Motion and HydrodynamicstgSzgSzNzgawwzzzzsin2D）（)(tztgStgSFawwwsin)(ttasin)(z 对于船舶升沉运动：对于船舶升沉运动：zgSwzzz zNzz2-于是，船体升沉运动方程：于是，船体升沉运动方程：垂荡运动垂荡运动 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 31 1.3 1.3 船舶运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Motion and HydrodynamicsMC
21、NJJMCNJJMCNJJFzCzNzmFyCyNymFxCxNxmzzzzzzzzzzyyyyyyyyyyxxxxxxxxxx 222222）（）（）（）（）（）（类似地，各方向上的船体运动方程可以表达成：类似地，各方向上的船体运动方程可以表达成：u纵荡：纵荡：u横荡：横荡：u垂荡：垂荡：u横摇：横摇：u纵摇：纵摇：u首摇：首摇：LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 32 1.3 1.3 船舶运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Motion and Hydrodynamicsu 流体静力：恢复力流体静力
22、：恢复力u 流体动力：流体动力：波浪扰动力波浪扰动力 附加质量（附加转动惯量）附加质量（附加转动惯量）阻尼力阻尼力 水动力水动力波浪力波浪力入射力（入射力（F-K力）力）绕射力绕射力 LECTURE NOTES：Introduction to Ship Seakeeping 33 1.3 1.3 船舶运动及其受力分析船舶运动及其受力分析 Analysis of Ship Motion and HydrodynamicsDRtDhDhNJJesin2)(0 l 运动响应的力学机理分析运动响应的力学机理分析u 流场速度势：流场速度势：绕射力起主要作用：绕射力起主要作用 ；：粘性阻尼力与回复力起主要作用；：粘性阻尼力与回复力起主要作用；：惯性力起主要作用。：惯性力起主要作用。relative importanceof component forcesIRDIu 流体作用力流体作用力 LLLE-mail:E-mail:谢谢 谢谢
