停靠方式對(duì)船舶水動(dòng)力性能影響的分析

鄭 律

(南通市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，江蘇 南通 226001)

0 引言

隨著船舶行業(yè)的發(fā)展，不同的船舶在一起協(xié)同工作的情況經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。不同船舶協(xié)同工作時(shí)，由于兩個(gè)船體的停靠方式不同，兩船間的水動(dòng)力干擾作用會(huì)對(duì)兩船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。

對(duì)船舶水動(dòng)力性能理論預(yù)報(bào)的方法有二維切片法、二維半理論和三維面元方法。HONG等通過(guò)頻域無(wú)航速理論研究FPSO和并靠系泊LNG船的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)問(wèn)題；XU等進(jìn)行了駁船間水動(dòng)力相互作用的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。KASHIWAGI提出了一種在時(shí)域內(nèi)求解的非線性切片理論。以上方法都是基于時(shí)域范圍內(nèi)的水動(dòng)力分析，且船舶種類有一定的局限性。本文基于線性勢(shì)流理論，在WIGLEY型船與駁船船模作業(yè)時(shí)分別研究并對(duì)比了頻域范圍內(nèi)丁字靠和并靠停靠方式的水動(dòng)力性能，從而為船舶安全停靠作業(yè)提供依據(jù)。

1 浮體水動(dòng)力分析原理

本文使用HydroSTAR軟件進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。本文研究工作主要是基于線性勢(shì)流理論，勢(shì)流理論需滿足如下假設(shè)：

無(wú)航速的船體漂浮在無(wú)限水深的水域表面上；流體無(wú)粘性且不可壓縮，忽略其表面張力；船體運(yùn)動(dòng)無(wú)旋。

2 分析浮體模型化介紹

本文主要對(duì)WIGLEY型船與駁船船模的多浮體進(jìn)行分析，這2種模型多用于模擬浮吊船江中過(guò)駁情況。在對(duì)多浮體各自的水動(dòng)力進(jìn)行分析之前，需要對(duì)各浮體進(jìn)行模型化后再作比較，從而得出丁字停靠和并靠這2種作業(yè)模式下的水動(dòng)力的相互干擾特性。

用Patran建立兩船模的濕表面網(wǎng)格模型，處理后導(dǎo)入軟件中。為了減少計(jì)算的數(shù)量級(jí)，兩船模擬的主要參數(shù)見表1，兩船模型見圖1。

表1 兩船主要參數(shù)

圖1 兩船丁字靠與并靠HydroSTAR示意圖

3 2種停靠方式下的浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)比較

兩船的重心相距2 m，兩船整體形態(tài)成并靠和丁字靠。由于駁船線型比較簡(jiǎn)單，且多為固定不動(dòng)工程船，因此主要對(duì)此時(shí)WIGLEY型船的運(yùn)動(dòng)著重分析，并且WIGLEY型船的運(yùn)動(dòng)描述都是基于圖2的坐標(biāo)系。本文以90°、120°、150°、180°這4個(gè)主要浪向來(lái)分析WIGLEY型船的水動(dòng)力性能。

3.1 90°來(lái)浪下的運(yùn)動(dòng)分析

圖3～圖6為90°來(lái)浪下丁字靠工況與并靠工況的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的曲線比較圖。丁字靠工況下，6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)與并靠相比都是極為平緩穩(wěn)定的，即使在縱搖曲線圖與首搖曲線圖上兩組曲線近似，但是曲線的總體數(shù)值極為微小，所以沒(méi)有比較的價(jià)值。

圖2 2種停靠方式來(lái)浪示意圖

3.2 120°來(lái)浪下的運(yùn)動(dòng)分析

圖7～圖10為120°來(lái)浪下丁字靠工況與并靠工況的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的曲線比較圖。總體來(lái)看，丁字靠工況下，6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)與并靠相比較為平穩(wěn)。隨著來(lái)浪浪向角的增加，駁船對(duì)WIGLEY型船的遮蔽出現(xiàn)不完全，開始有斜向的來(lái)浪作用在WIGLEY型船上，使WIGLEY型船的部分運(yùn)動(dòng)開始加劇。由于駁船的遮擋作用，WIGLEY型船震蕩相對(duì)比較平緩。

3.3 150°來(lái)浪下的運(yùn)動(dòng)分析

圖11～圖14為150°來(lái)浪下丁字靠工況與并靠工況的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的曲線比較圖。

從圖11～圖14可以看出，隨著迎浪角的增大，駁船的遮蔽效應(yīng)進(jìn)一步減小，WIGLEY型船的部分運(yùn)動(dòng)幅值繼續(xù)上升影響增加；丁字靠的情況下，WIGLEY型船的震蕩幅度已經(jīng)逐漸超過(guò)并靠作業(yè)。

3.4 180°來(lái)浪下的運(yùn)動(dòng)分析

圖15～圖18為180°來(lái)浪下丁字靠工況與并靠工況的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的曲線比較圖。

當(dāng)來(lái)浪方向?yàn)?80°時(shí)，WIGLEY型船失去駁船對(duì)其的遮蔽作用，致使WIGLEY型船完全暴露在180°來(lái)浪下，此時(shí)WIGLEY型船的橫搖與橫蕩達(dá)到最大值。相對(duì)來(lái)說(shuō)，丁字靠的情況下縱向的晃蕩相對(duì)較小。

4 結(jié)論

(1)丁字靠工況下，當(dāng)駁船位于上浪處時(shí)，駁船可以為其下浪方向的WIGLEY型船阻擋大部分來(lái)浪，并減小波浪對(duì)WIGLEY型船的不良作用。

(2)與并靠工況相同，隨著來(lái)浪浪向角的增加，駁船對(duì)WIGLEY型船的遮蔽作用逐漸減弱；當(dāng)達(dá)到180°時(shí)，其遮蔽作用完全失去效果，WIGLEY型船完全暴露在橫向來(lái)浪(90°或者180°)下，但是在此時(shí)受影響最大的只有橫搖和橫蕩運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于并靠工況，丁字靠工況使WIGLEY型船受波浪影響更小。

(3)在充分利用駁船對(duì)波浪遮蔽作用的情況下，丁字靠的作業(yè)方式比并靠的作業(yè)方式更加平穩(wěn)。