艦船長(zhǎng)期遭受海浪的作用,耐波性對(duì)于其安全性和可靠性具有重大的影響。對(duì)于高速水面艦船而言,高航速下的耐波性是設(shè)計(jì)者必須要考慮的重要性能指標(biāo)。對(duì)于高速問(wèn)題,現(xiàn)有的波浪載荷理論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值或?qū)嶋H值相差較多,無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船舶運(yùn)動(dòng)。因此,本文旨在研究船舶有航速下的運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)方法。目前勢(shì)流理論中最重要的兩種方法是簡(jiǎn)單格林函數(shù)法和有航速格林函數(shù)法,兩種方法各有優(yōu)劣。簡(jiǎn)單格林函數(shù)法形式簡(jiǎn)潔,但是無(wú)法滿(mǎn)足自由表面條件,因此需要在自由表面大量劃分網(wǎng)格并在邊界設(shè)置阻尼區(qū)。有航速格林函數(shù)滿(mǎn)足自由面條件,但是當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)和源點(diǎn)都位于自由面時(shí)會(huì)出現(xiàn)奇異性和高頻震蕩性,因此必須要在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)劃分很多網(wǎng)格。本文的基本思路是將這兩種方法結(jié)合在一起,各自取長(zhǎng)補(bǔ)短。因此,本文的研究?jī)?nèi)容如下:首先,在整個(gè)流場(chǎng)中設(shè)置一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)圓柱形狀的控制面,將流體域分隔為內(nèi)域和外域兩個(gè)部分。在內(nèi)域使用簡(jiǎn)單格林函數(shù),在外域使用有航速格林函數(shù)。本文研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)是兩種格林函數(shù)在控制面上的積分方法和匹配方法。為提高精度,本文在控制面上采用無(wú)網(wǎng)格方法,將格林函數(shù)在控制面上進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)。在水平方向上考慮波動(dòng)的周期性選用傅立葉級(jí)數(shù),在豎直方向上考慮衰減性選取拉蓋爾級(jí)數(shù)。同時(shí),本文對(duì)級(jí)數(shù)的展開(kāi)系數(shù)進(jìn)行分析和研究。然后,根據(jù)格林函數(shù)在控制面上級(jí)數(shù)展開(kāi)的研究結(jié)果,以浮體零航速問(wèn)題為基礎(chǔ)和驗(yàn)證。研究零航速下外域問(wèn)題的公式推導(dǎo)和數(shù)值求解,并以無(wú)限長(zhǎng)圓柱的繞射問(wèn)題通過(guò)與解析解的比較對(duì)外域方法進(jìn)行驗(yàn)證。研究零航速下內(nèi)外域的匹配問(wèn)題,由于控制面的引入使得原有流場(chǎng)積分方程組不封閉,需要尋找控制面上的補(bǔ)充方程,既控制面上速度勢(shì)與其法向?qū)?shù)的關(guān)系,使方程組封閉,并給出匹配方法下新的流場(chǎng)線(xiàn)性積分方程組。通過(guò)流場(chǎng)積分方程組計(jì)算半球的水動(dòng)力系數(shù),并與已有方法數(shù)值解進(jìn)行分析比較。同時(shí),研究控制面半徑的尺寸對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算效率的影響,為后續(xù)計(jì)算有航速問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。最后,在前續(xù)工作基礎(chǔ)上,研究浮體有航速下的頻域匹配問(wèn)題。根據(jù)有航速問(wèn)題的定解條件,由有航速格林函數(shù)在控制面上的級(jí)數(shù)展開(kāi)的結(jié)果,推導(dǎo)有航速問(wèn)題外域公式和內(nèi)外域的匹配公式,并計(jì)算半球在有航速下的水動(dòng)力系數(shù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U674.7
【部分圖文】：

在控制面上劃分網(wǎng)格而出現(xiàn)的誤差累積的情況，本個(gè)控制面上進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)的方法，以提高計(jì)算精開(kāi)方法的正確性，本章首先給出有航速格林函數(shù)的開(kāi)函數(shù)的性態(tài)進(jìn)行分析，考察其收斂性。然后按分別研究零航速和有航速條件下格林函數(shù)及其法并研究其展開(kāi)系數(shù)的求解方法。航速格林函數(shù)的表達(dá)式制面為圓柱面，相較于之前研究選取的半球面，圓情況下，圓柱面亦無(wú)限長(zhǎng)；在有限水深的情況下，所選取的坐標(biāo)系，為使研究問(wèn)題方便，采取 z 軸向平面內(nèi)，極角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正方向。 的方程為 r , [0,2 ], z [0, )，則控制面水]。

C. ρ =100m D. ρ =500m圖 2.3 不同半徑時(shí)系數(shù) Anm,jm的求解(U = 0, f = 0)Fig.2.3 Coefficient Anm,jm(U = 0, f = 0)A. ρ =10m B. ρ =50m

A. ρ =10m B. ρ =50mC. ρ =100m D. ρ =500m圖 2.3 不同半徑時(shí)系數(shù) Anm,jm的求解(U = 0, f = 0)Fig.2.3 Coefficient Anm,jm(U = 0, f = 0)
【參考文獻(xiàn)】

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1 韓旭亮;段文洋;;時(shí)域匹配直接邊界元方法及其數(shù)值特性[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

2 張威;趙峰;李力楓;沈泓萃;;從ITTC看國(guó)際船舶水動(dòng)力學(xué)研究重點(diǎn)方向的演進(jìn)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2009年02期

3 汪雪良;顧學(xué)康;祁恩榮;胡嘉駿;;船舶波浪載荷預(yù)報(bào)方法和模型試驗(yàn)研究綜述[J];艦船科學(xué)技術(shù);2008年06期

4 沈泓萃;21世紀(jì)初我國(guó)船舶水動(dòng)力學(xué)技術(shù)發(fā)展方向與對(duì)策建議[J];上海造船;2003年01期

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本文編號(hào)：2844566