规则波浪中船舶垂荡和纵摇运动数值预报与仿真

张腾; 张振华; 薛蕃衍; 李瑞; 申帅; 翟晓峰

doi:10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.02.003

大连海事大学学报 ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (02) : 22 -31. DOI: 10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.02.003

规则波浪中船舶垂荡和纵摇运动数值预报与仿真

张腾, 张振华, 薛蕃衍, 李瑞, 申帅, 翟晓峰

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摘要

为给航海模拟器提供可靠且适用性强的波浪中船舶垂荡和纵摇运动数学模型，避免二维切片理论范畴内采用Frank源汇分布法不规则频率的影响，基于多系数保角变换法对船舶横剖面进行高精度拟合。采用STF法对船舶横剖面水动力系数与波浪激励力进行积分，使用计及船、桨、舵相互作用的Abkowitz模型，实现操纵状态下规则波浪中船舶垂荡和纵摇运动的数值预报。以傅汝德数为0.2航行的“Mariner”轮为仿真对象，当“Mariner”轮迎浪航行时，垂荡运动幅值响应因子的计算结果与试验结果的相对误差小于8.8%,纵摇运动幅值响应因子的计算结果与试验结果的相对误差小于12.9%,计算结果与试验结果的变化趋势一致；浪向角位于0°～360°,垂荡和纵摇运动幅值计算结果关于180°对称，垂荡运动幅值计算结果随着波长的增加趋于定值。“Mariner”轮开展360°回转操纵时，运动耗时3000 s,计算机运行时间约为609.3 s,满足航海模拟器实时性要求。采用本文模型对“Mariner”轮垂荡和纵摇运动时历进行仿真，并将本文模型的数值模拟方程接入航海模拟器视景系统，实现了船舶垂荡和纵摇运动数学模型的实时解算与可视化。