波浪中母船对潜器的水动力干扰研究

论文摘要

高性能潜器作为可以执行资源勘探、科学考察、救生等水下任务的灵活机动的水下运载工具,多年来已引起人们广泛的关注。当潜器在波浪中靠近尺度比自身大很多的补给船或平台时,其水动力性能将无疑受到很大的影响。邻近的大型浮体周围的流场将对潜器产生推力或吸力的作用,因此研究水动力干扰作用对于潜器的耐波性、操纵性和安全都十分重要。近年来三维面元法得到显著的发展,本文将多体水动力干扰问题描述为多个分布源模型的叠加,使用基于求解频域格林函数的HydroSTAR软件对波浪中多个形状规则物体和并列船体的情况进行了计算和分析研究,通过与其他方法的比较验证本文采用的方法对于本课题的适用性。通过对长方体和椭球这些规则形状物体水动力性能的计算和比较,反映了浮体对邻近潜体的水动力干扰作用。对于潜器,考虑不同补给船尺度、相对位置和波浪条件等参数对其水动力系数、运动响应、一阶和二阶水动力进行了计算和比较。最后提出了潜器下水和回收的理想操作方案,并对所选方案中潜器在规则波以及假设海况下不规则波中的水动力响应做了全面分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的目的和意义
• 1.2 波浪中海洋结构物运动及水动力计算方法综述
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 水动力计算的三维频域势流理论
• 2.1 概述
• 2.2 非定常扰动速度势求解
• 2.2.1 势流假设下的基本方程
• 2.2.2 流场速度势的分解与定解条件
• 2.2.3 速度势分量求解与格林函数的引入
• 2.2.4 不规则频率的处理
• 2.3 船舶水动力和运动响应
• 2.3.1 一阶水动力
• 2.3.2 一阶运动响应
• 2.3.3 二阶定常力
• 2.3.4 随机波浪中的频谱响应
• 2.4 多体水动力干扰问题的数学分析及算例
• 2.4.1 速度势的分解和定解条件
• 2.4.2 自由液面修正
• 2.4.3 两圆柱的水动力干扰
• 2.4.4 驳船与WIGLEY船型的水动力干扰
• 2.5 本章小结
• 第3章 潜器水动力性能分析
• 3.1 潜器模型
• 3.2 与近似形状物体水动力性能的比较
• 3.2.1 水动力系数
• 3.2.2 近自由液面波浪力
• 3.3 不同水深条件下潜器水动力比较
• 3.3.1 水动力系数
• 3.3.2 一阶运动
• 3.3.3 一阶波浪力
• 3.3.4 二阶定常力
• 3.4 本章小结
• 第4章 两个浮体之间的二阶定常力干扰分析
• 4.1 驳船附近的椭球二阶定常波浪力性能
• 4.1.1 驳船船长变化的影响
• 4.1.2 驳船船宽变化的影响
• 4.1.3 驳船吃水变化的影响
• 4.2 WIGLEY船附近的椭球二阶定常波浪力性能
• 4.2.1 WIGLEY船船长变化的影响
• 4.2.2 WIGLEY船船宽变化的影响
• 4.2.3 WIGLEY船吃水变化的影响
• 4.3 理想船型和尺度的选择
• 4.4 本章小结
• 第5章 潜器受补给船干扰时的水动力性能
• 5.1 潜器位于补给船舷侧中部情况
• 5.1.1 上浪向和下浪向情况比较
• 5.1.2 迎浪情况
• 5.2 潜器位于补给船舷侧尾部情况
• 5.2.1 水动力系数
• 5.2.2 一阶运动
• 5.2.3 一阶波浪力
• 5.2.4 二阶定常力
• 5.3 潜器位于补给船尾部情况
• 5.3.1 水动力系数
• 5.3.2 一阶运动
• 5.3.3 一阶波浪力
• 5.3.4 二阶定常力
• 5.4 潜器位于补给船下方情况
• 5.4.1 水动力系数
• 5.4.2 一阶运动
• 5.4.3 一阶波浪力
• 5.4.4 二阶定常力
• 5.5 本章小结
• 第6章 潜器在不规则波中的响应
• 6.1 各种操作方案的比较
• 6.2 潜器在不规则波浪中的频谱响应
• 6.2.1 压载下潜状态
• 6.2.2 空载漂浮状态
• 6.3 月池操作工况时的可靠性初步评估
• 6.3.1 月池尺度估计
• 6.3.2 潜器二阶力响应
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢