仿古帆船型制及静水与波浪稳性计算研究

论文摘要

随着中国经济的发展,随着旅游船型多样化的需求,中华仿古帆船作为中国古文化的代表之一,也得到大力的发展。然而,帆船不同于常规船舶,它有着过大的受风面积和极高的风压中心高,其稳性的校核就不同于常规的船舶。加之中国目前还没有对帆船的稳性做出明确而具体的要求,使得目前的帆船完整稳性校核没有实现系统化和统一化。这些因素都阻碍了中华仿古帆船的发展,对传承中国悠久的古船文化起到了一定限度的制约。与此同时,现在大量的海损事故数据表明一艘满足目前稳性规范要求且航行性能优良的船舶,在波浪上航行时其稳性并不能得到有效保证。“国际稳性会议”第七届会议上,就提到：目前大约有近90%的船舶稳性事故的发生是由于船舶驾驶人员对缺乏船舶在波浪上的稳性变化的认识与了解而导致的人为事故的出现。由于船舶实际航行中都是处在汹涌的海面上的,所以研究帆船完整稳性校核要求和帆船在波浪中的稳性变化情况对帆船安全性是极其必要的,并且可以指导中华仿古帆船的开发,其次可以提高船舶的安全航行性和船舶性能的校核依据,大力保证船舶财产和人员生命安全,其中的规律也为设计者及船舶驾驶人员提供实际运用时的参考资料。本文旨在分析国内外帆船稳性校核要求或规范,以合适的帆船校核要求作为本文帆船稳性计算校核的依据。与此同时,基于波浪稳性纯稳性损失原理,编程计算某仿古帆船波浪稳性,探讨帆船的波浪稳性变化规律,找出帆船在波浪中航行容易发生倾覆的特殊情况。在以上分析的基础上通过结合对中华帆船船型特点、中华帆型特点及帆船航行特点,提供该仿古帆船设计和航行时的几点注意事项。主要研究内容和结论如下：首先,本文总结了国内外学者的帆船稳性试验结论及一些国家的帆船规范要求。通过对比分析不同国家帆船要求或规范的初稳性高,帆面积修正或帆面积计入稳性校核计算的方法,稳性消失角等一系列参数找出较为合适的帆船稳性校核依据。其次,本文研究了规则波下船舶航行时的复原力臂变化情况。建立船舶与波浪的三个坐标系,通过相互间的转化,求出船舶与波浪的交点。与此同时采用船舶浸水部分面积及形心的通用计算方法,结合浮力与重力相互平衡和船舶纵倾力臂为零的瞬时平衡方程求出船舶与波浪在某一瞬时的较为精确的船舶—波浪交点坐标。从而得出此瞬时状态下的船舶浸水部分的面积及对应的形心位置,通过Froude Krylov假说编程实现船舶在波浪上的复原力臂值的计算,最终得到船舶在波浪上的稳性曲线变化规律。最后结合中式帆型特点、中式帆船船型特点及帆船航行特点和上述帆船稳性校核依据,通过计算波浪航行的稳性曲线变化规律,提供帆船设计与航行时的注意事项。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外的研究现状和发展综述
• 1.3 本文的主要工作简介
• 第2章 帆船帆航时稳性校核方法
• 2.1 帆船受力特点
• 2.1.1 帆船航行中的三种风
• 2.1.2 帆船航行表述常用的三个角
• 2.1.3 三种风和三个角的关系
• 2.2 国内帆船稳性校核分析
• 2.3 国外帆船稳性校核分析
• 2.3.1 英国Lloyd帆船稳性规范
• 2.3.2 美国海岸警卫队帆船稳性规范
• 2.3.3 GL（Germani scher Lloyd）帆船稳性规则
• 2.3.4 法国帆船稳性计算方法
• 2.3.5 意大利帆船稳性规则
• 2.4 帆船稳性校核方法对比分析
• 2.4.1 国内外帆船校核方法对比
• 2.4.2 国内外帆船校核方法对比总结
• 第3章 基于瞬时湿表面的船舶波浪稳性计算及其程序实现
• 3.1 船舶静稳性计算方法
• 3.2 不同坐标系的建立
• 3.3 波浪描述
• 3.4 基于瞬时湿表面的船舶波浪稳性计算方法
• 3.4.1 船舶与波浪瞬时交点的确定
• 3.4.2 船舶各浸水剖面面积及形心计算
• 3.4.3 确定船舶瞬时吃水
• 3.4.4 基于Froude-Krylov假说的复原力臂求解
• 3.5 船舶波浪稳性计算程序实现
• 3.5.1 关于Visual Basic 6.0
• 3.5.2 程序基本思想
• 3.5.3 计算程序部分内容
• 3.5.4 计算程序界面
• 3.6 船舶波浪稳性计算结果分析
• 3.6.1 船舶船舯处于波峰处的复原力臂规律
• 3.6.2 船舶船舯处于波谷处的复原力臂规律
• 3.6.3 船舶随浪航行时船舶复原力臂变化规律分析
• 第4章 中华古帆船特点及其稳性研究
• 4.1 中华古帆船特点
• 4.1.1 沙船特点
• 4.1.2 福船特点
• 4.1.3 广船特点
• 4.2 帆船航行特点
• 4.2.1 顺风航行
• 4.2.2 逆风航行
• 4.2.3 横风航行
• 4.2.4 跨向风航行
• 4.2.5 帆船逆风航行操作
• 4.3 计算模型介绍
• 4.3.1 计算模型船型特点
• 4.3.2 计算模型中帆型制特点分析
• 4.4 静水中帆船计算模型稳性校核
• 4.4.1 USCG规范计算结果及分析
• 4.4.2 Lloyd规范计算结果及分析
• 4.5 波浪中帆船计算模型稳性校核
• 4.5.1 计算结果
• 4.5.2 USCG规范计算校核
• 4.5.3 Lloyd规范计算校核
• 4.5.4 计算结果分析与总结
• 4.6 仿古帆船帆尺度变化影响
• 4.7 仿古帆船设计与航行注意事项
• 第5章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 论文工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表过的论文及参加的科研情况