[发明专利]FLNG液舱晃荡模型的试验惯量调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的方法，具体是一种FLNG(大型浮式液化天然气船)液舱晃荡模型的试验惯量调节方法。

背景技术

石油资源的短缺以及对能源需求的不断增长，导致海上油气田的大模型开发，同时海洋边际气田的开发也提上了日程。为了经济有效地开发海洋边际油气田，国际上提出了大型浮式液化天然气船(以下简称FLNG船)的概念。拥有庞大体积的FLNG长期系泊于作业海域，将经历复杂的海洋环境条件和各种各样的舱内液体装载状况。恶劣的海洋环境条件将引起FLNG的剧烈运动，从而引起舱内液体的晃荡。舱内液体的晃荡也将导致船体的运动加剧和液舱内壁的破坏。因此，舱内液体晃荡对船体运动响应的影响情况成为FLNG船体设计中必须考虑的重要因素之一。

通过模型试验，可以较为全面的观测到舱内液体的晃荡现象及其对FLNG船体运动的影响，获得较为可靠的试验结果。试验结果可用来校验理论和数值模型的计算精度。水池模型实验成功开展的前提条件就是FLNG模型惯量的准确调节。传统的测量惯量的方法是利用三线摆来测量，这种方法系统误差太大，不能满足船模测量的需要。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为：200810114716.9，专利名称为：惯量的动态模拟新原理，该技术所涉及的惯量模拟系统包括惯量盘、电动机、变频器、力矩传感器和旋转编码器。其中惯量盘用于模拟飞机跑道和飞机部分惯量。在飞机刹车实验过程中，电动机可以对惯量盘施加正、反两个方向的力矩，以调节惯量盘的动态特性，实现机械惯量的电模拟，实验系统的整体惯量可以平滑调节，因此能够测试不同质量飞机的刹车系统。该惯量模拟技术可以实现对惯量的动态模拟，但无法实现对FLNG船模惯量的调节。其不足之处主要表现在：(1)由于FLNG船体及排水量十分庞大，采用常规缩尺比进行模型实验时，船模尺寸和重量过大，超出一般惯量调节架的范围；采用超大缩尺比可将模型重量控制在现有的惯量调节架的承重范围之内，然而，此种方式得到的水池模型实验结果会有较大误差。(2)现有的惯量调节方式可以保证固体压载时惯量调节的准确性，但是很难保证液体压载时惯量调节的准确性。而惯量调节的准确性是水池模型实验成功开展的前提条件，惯量调节不准确而进行的模型实验，其结果将没有参考价值。要考察液舱晃荡对船体运动响应的影响，须针对FLNG同一种装载状况下分别采用液体压载和固体压载两种情况进行实验。如何保证液体压载与固体压载两种压载方式下船模的惯量保持完全一致，是一项十分关键的技术。(3)现有的惯量调节方式要求多人协同工作才能完成惯量的调节，耗费人力资源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种FLNG液舱晃荡模型的试验惯量调节方法。本发明只需在惯量调节架上测量空船模的质量特性，可以实现对在固体压载方式下船舶模型的质量特性的调节和液体压载方式下船舶模型的质量特性的调节，且调节精度更高，操作简单，成本更低。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，利用现有的惯性调节架测出船模空载时的质量特性。

所述的质量特性是船模的重量、重心位置、回转半径、转动惯量、横摇、纵摇及垂荡的固有周期参数。

第二步，建立船模空载时的空载质量特性模型A。

所述的空载质量特性模型A是采用有限元方法建立的，其质量特性就是第一步测出的质量特性。

第三步，建立采用液体压载时的液舱质量特性模型B1，记录各液舱装载物的质量。

所述的液体是液化天然气，或者用板材代替。

所述的板材以舱内液体的自由面与液舱壁围绕而成的几何图形为板材的形状，以液舱内壁长度为板材的厚度，以舱内装载的液体的密度为板材的密度。

所述的液舱质量特性模型B1是采用有限元方法建立的，其质量特性由船模的重量计算书提供。

第四步，建立剩余质量特性模型C，记录各质量块的位置和质量。

所述的剩余质量特性模型C是：保持空载质量特性模型A和液舱质量特性模型B1不变，通过调节质量块的数量、规格和位置，使空载质量特性模型A、液舱质量特性模型B1与剩余质量特性模型C之和等于船模的重量计算书中总的质量特性。

第五步，建立采用固体压载时的液舱质量特性模型B2，记录各质量块的位置和质量。

所述的液舱质量特性模型B2，是：保持空载质量特性模型A和剩余质量特性模型C不变，通过调整压铁的数量、规格和位置，使空载质量特性模型A、剩余质量特性模型C和液舱质量特性模型B2的和等于船模的重量计算书中总的质量特性。