[发明专利]基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法

权利要求书

1.一种基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

(1)初始化系统，输入造波边界处子波参数；

(2)根据输入的参数，运用非线性G-N波浪理论，进行波浪的数值模拟；

(3)根据输入的参数判断是否读入横摇阻尼系数，如果是，执行步骤(5)，否则执行步骤(4)；

(4)计算横摇阻尼系数；

(5)运用G-N波浪理论计算绕射力；

(6)运用G-N波浪理论计算船体入射波压力、入射波浪力与静水回复力；

(7)计算砰击载荷；

(8)计算时域辐射力；

(9)根据船舶大幅运动数值模拟方程建模，求解运动方程，得到运动时历模拟结果；

(10)根据运动时历模拟结果，得到不规则波中船舶大幅运动数值模拟和特征统计结果；

所述的步骤(9)中根据船舶流体载荷弱非线性方法，建立船舶垂荡、纵摇和横摇三个自由度的耦合运动方程

其中，M为船舶质量；I_xx,I_yy为船舶过重心的连体坐标横摇和纵摇惯性矩系数；μ₃₃,μ₄₄,μ₅₅,μ₃₅,μ₅₃为船舶运动的垂荡、横摇和纵摇高频附加质量系数；b₃₃,b₄₄,b₅₅,b₃₅,b₅₃为船舶运动的垂荡、横摇和纵摇高频阻尼系数；c₃₃,c₄₄,c₅₅,c₃₅,c₅₃为船舶运动的垂荡、横摇和纵摇恢复力系数；K₃₃,K₄₄,K₅₅,K₃₅,K₅₃为船舶运动的垂荡、横摇和纵摇方向辐射力脉冲响应函数；方程中的F₃，F₄，F₅表示船舶垂荡、横摇和纵摇方向的入射波力、静水恢复力、绕射力、砰击力矩和重力矩之和；

根据船舶运动方程的时域模拟，获得船舶的运动时历并输出。

2.根据权利要求1所述的基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，其特征在于，所述的步骤(2)通过以下步骤实现：

(2.1)通过G-N波浪理论在程序中对实际物理水池进行模拟；

(2.2)设置船与理论造波机之间的相对距离；

(2.3)模拟造波，设置时间t后波浪与船相遇，收集波浪的相关参数信息。

3.根据权利要求1所述的基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，其特征在于，所述的步骤(4)通过简化的Ikeda方法计算船舶横摇阻尼系数，具体包括以下步骤：

(4.1)根据船舶主尺度和舭龙骨尺寸分别计算兴波阻尼、摩擦阻尼、旋涡阻尼、升力阻尼和舭龙骨阻尼；

(4.2)将五部分阻尼相加，得到总的横摇阻尼力矩；

(4.3)对总阻尼进行无因次化：

其中ρ为水密度，为排水体积，B为型宽，B_44eq为等效线性阻尼系数，可表示为：

其中B₄₄₁为线性阻尼系数，B₄₄₃为立方阻尼系数，η_a为横摇幅值，ω_η为横摇固有频率；

(4.4)分别求出不同横摇幅值下的等效线性阻尼系数，根据步骤(4.3)进行最小二乘拟合，得到非线性阻尼系数。

4.根据权利要求1所述的基于G-N波浪模型的船舶在恶劣海况中大幅运动的预报方法，其特征在于，步骤(5)中所述的绕射力通过下式计算：

其中α(t)为基于G-N波浪模型的波面升高，h_j(τ)为绕射力脉冲响应函数，表达式如下：

其中ω_e为船舶在波浪中的遭遇频率，Ξ_j(iω)为单位波幅频域复数绕射力，和分别为它的实部和虚部。