三体船在波浪上的运动响应计算

三体船在波浪上的运动响应计算MotionResponseCalculationofTrimaraninWave学科专业：船舶与海洋工程研究生：冯炎鑫指导教师：闫宏生（副教授）天津大学建筑工程学院二零壹叁年陆月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近几年,高速三体船作为一种高速船舶，受到了船舶界的广泛关注，相比于单体船，三体船具有多种优势，如加宽的上甲板增大承载量、更加优良的适航性、更小的航行阻力、较强的隐身性、较低的建造成本、超强的改造性等。关于高速三体船的研究，其阻力性能方面的研究工作开展的比较广泛，而对其耐波性的研究工作也开始崭露头角，亟待更深入的研究和试验工作。这些研究工作的最终目的就是优化船型，提高三体船的航行性能。目前，我们所熟悉的影响三体船耐波性能的主要参数有：主船体的船长、船宽、吃水、棱形系数、纵向浮心位置、航速、浪向以及侧体布局等。为了设计出具有良好耐波性的船型，高速三体船设计者必须在设计初期就要全面了解影响高速三体船阻力性能及耐波性能等运动性能的船型要素，以便于在设计过程中选取有利于提高耐波性的最佳船型参数。在之前对船型要素影响船舶运动性能的研究工作过程中，研究者一般通过进行大量系列船模进行水池试验，将主要船型要素影响的强弱程度进行对比，例如ossers所带团队进行的系列60船模试验，以及D.贝利等人进行的NPL高速圆舭型系列船模试验。但这种耗费大量人力和物力的试验方法随着船舶优化软件的发展，逐渐被船型优化软件所取代。武汉理工大学的项久洋[52]编写出系列船型变换程序，他利用这个程序，在保证其他参数不变的前提下，通过调整某一个参数，来实现对系列船型进行系统计算，从而得到不同船型的运动以及载荷，大大简化了船舶设计优化过程。以往对三体船的研究都是针对带有小侧体的三体船，本文所研究的三体船为侧体的主尺度与主船体的主尺度相同，且侧体可以根据需要进行横向和纵向的调节，这种船型为可调长度高速三体船。文中采用水动力分析软件wasim，基于三维时域Rankine源方法，分别计算了不同航速、不同浪向、不同侧体布局下的高速三体船的运动响应RAO，还针对不同海况计算了三体船的运动响应谱，并且根据计算结果，分析了高速三体船的耐波性的特点以及侧体布局对三体船耐波性能的影响，从而得出在不同工况下的最佳侧体布局方案。关键词：三体船，侧体布局，耐波性，wasim，运动响应RAOABSTRACTInrecentyears,thehighspeedtrimaran,asakindofhighspeedship,caughtwideattentionamongtheshipbuildingindustry.Comparedtoamono-hullship,thetrimaranhasmanyadvantages,suchasbroaderdeckincreasingbearingcapacity,betterseaworthiness,smallerrunningresistance,betterstealthperformance,lowerconstructioncostandmucheasiertobetransformed.Therehasbeenextensiveresearchworkontheresistanceperformanceofhigh-speedtrimaran,buttheresearchofseakeepinghasjustbegunandneedsfurtherresearchandtestingwork.Theultimatepurposeofresearchworkistooptimizetheshiptypeandimprovetheseaworthinessoftrimaran.Atpresent,wearefamiliarwiththeparameterswhichhavemaineffectsontheresistanceperformanceoftrimaran.Theyarethelengthofmainbody,theshipwidth,draft,prismaticcoefficient,thelongitudinalpositionofbuoyancycenter,speed,wavedirectionandlayoutofsidebodies,etc.Toseekashipformwithbetterseakeeping,thehigh-speedtrimarandesignersshouldfindoutthefactorsinfluencingonthemotionoftrimaranatthebeginningofdesignandusethefavorablefactorsofseakeepingduringthedesignprocess.Inpreviousresearchonseekinginfluencingfactors,theresearchersgenerallydidalargenumberofseriesmodeltestsandmadecomparisonbetweenthemaininfluencingfactors.Osserswithhisteamdidmodeltestsonseries60.D.Baileyetal.didseriesmodeltestonNPLhighspeedroundbilgetypemodel.Nowadays,modeltestswhichcostalotofmanpowerandmaterialresources,replacedbyhullformoptimizationsoftwaregradually.XiangJiuyang[52]writeashipformtransformationprogram,bywhichwhenchangeaparameter,byadjustingtheanotherparameter,otherparametersremainunchanged,onecanrealizethesystematiccalculationfortheseriesofshipformandgetmotionandloadunderdifferentparameters,whichgreatlysimplifiestheoptimizationprocessoftheship.Previousresearchoftrimaranisinviewofthethreebodyshipwithsmallsidebody.Inthispaper,atrimaranwhich’ssidebodyhasthesameprincipaldimensionswithmainbodyisonresearch.Sidebodycanbeadjustedhorizontallyorverticallyaccordingtotheneed,soit’scalledlengthadjustablehigh-speedtrimaran.Inthispaper,weuseWasim,ahydrodynamicanalysissoftware,basingonthree-dimensionaltimedomaintheoryandtheRankinesourcemethod,tocalculatetheRAOoftrimaranunderdifferentspeed,differentwavedirectionanddifferentlayoutofsidebody.Accordingtothecalculationresults,thepaperanalyzestheseakeepingcharacteristicsofthehigh-speedtrimaranandillustrateseffectonshipwaveresistancewithdifferentlayoutofsidebody,andthusfindoutthebestlayoutofsidebodythatunderdifferentwavedirectionandspeed.KEYWORDS：trimaran,layoutofsidebody,seakeeping,wasim,RAOofmotionresponse目录目录............................................................................................................4第一章绪论........................................................................................................11.1论文的背景、目的和意义....................................................................11.2船舶耐波性和波浪载荷理论研究综述................................................21.2.1二维切片理论....................................................................................21.2.2三维水动力理论................................................................................31.3高速三体船综述...................................................................................51.3.1高速三体船的发展史........................................................................51.3.2高速三体船的特性............................................................................81.3.3对高速三体船的研究进展.................................................................91.4本文主要工作.....................................................................................10第二章三体船在波浪上运动的理论基础......................................................112.1研究船舶在波浪上运动过程所用理论假定.......................................112.2空间坐标系、船体在波浪