浅水域中船舶的操纵运动仿真研究

　　1　引言

　　首先本文以计算流体力学势流理论为基础,采用面元法对规则几何体进行网格划分,用边界元法构建三维物体在深水和浅水中运动的附加质量计算算法,并编制相应的数值计算程序,通过该程序对规则几何体附加质量的计算,获得与理论值比较一致的结果,证明该程序可以用于船舶附加质量的计算。

　　在实际计算浅水域船舶的附加质量时,将船体表面和海底表面网格化,用边界元法计算某型船在深水和浅水域下的附加质量,其计算方法为船舶附加质量的获得提供了新的途径,计算结果为浅水域船舶的操纵性仿真计算打下基础。

　　其次,建立基于MMG模型的船舶浅水域操纵性方程[1],分别计算船舶在浅水域的船体力、桨力、舵力、流体动力垂向力、兴波阻力和纵倾力矩。

　　最后以特定船型为例,对船舶在浅水域中的操纵性进行计算与仿真。并将深水域仿真结果和实船试航结果相比较,获得较好的效果。然后用浅水域操纵性模型计算程序对浅水域船舶的操纵规律进行了仿真和预报,本文研究的结论能反映某型船在浅水域中的操纵规律,可以为船长在浅水域中的航行和操纵提供有益的参考。

3　浅水中瘦长型船舶的操纵性能计算与仿真

　　3.1　建立船舶操纵运动方程

　　式中:m11、m22、m26、m66为船舶附加质量,其余水动力导数按照有关公式计算。Ipp、Jpp为轴系和螺旋桨的转动惯量和附加转动惯量;QE、Qp为轴系和螺旋桨的转矩,SHP为主机功率,kQ为螺旋桨转矩系数,这里取kQ=0.0973。

　　3.2　深水下几种状态的仿真结果验证

　　仿真条件:计算水深吃水比为7时,由泰勒观点认为此时已处于深水状态。某型船舶在全速和17节巡航速度下的停车、倒车、旋回操纵运动,并对其仿真结果和实船试航数据进行比对,证明程序的正确性。

　　试航试验结果和仿真结果在无限水深时较为一致。证明该程序对于计算某型船的操纵运动是可行的。下面是利用该程序对深水和浅水状态下的操纵运动进行仿真,并比较其仿真结果

　　3.3　深水和浅水状况下仿真结果

　　在深水和浅水状况下对某型船操纵运动进行仿真,结果如图10所示。

　　4　结语

　　深水和浅水下的停车惯性相差较大,浅水时停车冲距比深水时的停车冲距小很多,水深吃水比1.5时,17节正舵停车纵距浅水比深水小415.5m。浅水右满舵旋回时,由于旋回中的阻尼力矩增加,致使船舶在浅水中的旋回性能变差,浅水中旋回直径增加较多。对于文中瘦长型船舶而言,水深吃水比1.5、航速17节时,旋回直径约为深水的1.39倍。