冰区加强船舶极地航行操纵性及稳性研究

作     者：苑恒 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫宏生;刘春利

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：船舶操纵性 水动力导数 冰船相互作用 CFD仿真模拟 

摘      要：北极冰区主要是北冰洋及其沿岸,不久的将来随着全球气候继续变暖,北极航道将因冰雪消融而开放,其重要的经济价值和战略价值不可估量,然而无论是在北极地区进行经济活动还是科研活动,都离不开冰区加强船舶。故对冰区加强船舶极地航行操纵性以及稳性的分析是迫切的,如何准确、快速地解决船舶操纵性预报成为了亟待解决的问题。针对冰区加强船舶极地航行操纵性及稳性分析问题,本文通过确定固坐标系以及随船动坐标系,结合操纵性及稳性基础概念和理论,推导出常规敞水海域船舶回转操纵性运动方程;在船舶转舵阶段、过渡阶段以及最终的稳定回转阶段分三种冰船相互作用情形进行运动方程的补充和修正;在关键水动力导数的求解上,结合机翼理论、琼斯公式等相关经验理论和公式将主船体与附体舵分开计算、综合分析,并采用经验公式和经验算法推导出求解冰载荷的公式,代入回转操纵性方程进行理论上的操纵性预报。同时本文应用3D建模软件以及CFD仿真模拟软件,依照某在建冰区加强船舶设计型线图构建出缩尺比1:1的精细实船模型用于CFD仿真模拟,采用了难度较高的全尺度模型重叠网格迭代计算方式,完成了8组不同舵角不同海况的复杂仿真模拟,同时针对仿真模拟产出的大量的可视化场景、绘图曲线以及数据结果进行了详尽细致的比较与分析,验证了冰船相互作用模式的猜想,为后续研究船舶回转运动等操纵性问题奠定了基础。