破损船舶横摇水动力系数特性及插值方法研究

摘要

在破损船的稳性研究中,常采用建立破舱船舶横摇运动方程的方法计算其在波浪中的横摇响应。为了保证计算的准确性,需确保横摇运动方程中横摇水动力系数的准确性。破损船的横摇水动力系数随横摇幅值和横摇频率的变化而发生改变。文中通过分析破损船横摇水动力系数的特性,提出1种快速预报方法,预报不同横摇幅值与横摇频率下的水动力系数。以破损舰船DTMB-5415为研究对象,采用CFD方法模拟多个横摇幅值和横摇频率工况下的强迫横摇运动,回归得到破损船附加惯性矩与阻尼系数。以CFD计算的横摇水动力系数作为样本点,采用线性插值方法与样条插值方法构建水动力系数数据库。将预报得到的水动力系数值与基于CFD方法得到的水动力系数值进行对比,分析了样本点间隔以及2种插值方法对计算精度的影响。阻尼系数随横摇幅值增加基本呈现递增的趋势,而附加惯性矩随幅值变化的趋势表现出较为明显的非线性特征。2种插值方法构建的水动力数据库基本能反映横摇水动力系数随横摇幅值变化的特点。综合考察水动力系数特征、样本点间隔对水动力数据库精度的影响,横摇水动力数据库推荐采用横摇幅值样本点间隔为5°的三次样条插值方法构建,与CFD计算结果的平均误差和最大误差分别约为6%和11%,表明提出的插值方法能有效地预报破损船的横摇水动力系数。