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基于加速度势的船舶水动力干扰计算方法研究
| 论文题名： | 基于加速度势的船舶水动力干扰计算方法研究 |
| 关键词： | 船舶动力学;水动力干扰;非定常伯努利积分方程;加速度势 |
| 摘要： | 随着船舶向大型化智能化方向发展的发展，船舶在港口、航道等浅水域内的自主航行，作为船舶智能航行中的难点问题亟待解决。为解决浅水域内船舶水动力干扰实时预报问题，提高智能船舶自动驾驶和自主决策系统的可靠性，为智能航行中船舶操纵提供较为准确的外载荷输入，保障大型船舶在浅水域内的航行安全，本文提出了基于加速度势的船舶水动力干扰计算方法。首先采用势流理论与面元法求解速度势边值问题，其次根据加速度势理论求解加速度势边值问题，消除了传统方法在求解流体动压项时由于大幅运动引起剧烈湿表面变化带来的数值振荡现象，最后通过非定常伯努利积分方程得到干扰力。 为验证本方法的可行性，本文首先对具有解析解的定速移动潜球和椭球附加质量进行验证，通过对比附加质量、压力分布、水动力等物理量，发现当物面近似度较高时，误差基本在5％以内。其次，开展了与船舶水动力干扰模型试验数据进行对比分析，发现不同工况下水动力误差基本在25％以内，而国内外文献中，用不同数值方法预报船船干扰水动力，极值相对误差多在20％到25％，验证了该方法对于复杂流动问题的可行性。因此，该方法可应用于浅水域内船船水动力干扰的实时预报，为浅水操纵控制算法和决策奠定基础。为探究浅水域内各种参数对船舶水动力干扰的作用规律，本文探究了时间步长、面元数量、镜像次数等参数对计算精度和计算效率的影响，进行了相关参数优化选择，保证了1秒内能够得到船船干扰水动力结果，满足实时预报的要求。进行了浅水域内两船水动力干扰算例分析，分别探究赶超与会遇情况下，不同水深、横向距离、航速对船舶水动力干扰的作用规律。得到了两船会遇或赶超过程船舶横向力、纵向力、摇艏力矩随距离的变化曲线，并对水动力极值进行分析，发现:横向力极值通常出现在两船处于同一纵向位置，而纵向力和摇艏力矩极值通常出现在两船首尾相接附近，赶超工况往往比会遇工况更加危险。 加速度势方法由于其快速性能满足实时预报的要求，并且能够有效抑制传统势流理论方法下存在的数值振荡现象，对浅水域船舶水动力干扰计算具有重要意义。 |
| 作者： | 邓强 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 周学谦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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