[发明专利]一种基于船长波长比的波浪富裕深度计算方法

说明书

本发明一种基于船长波长比的波浪富裕深度计算方法包括以下步骤：一、确定船舶尺度参数；二、确定波浪要素；三、确定船浪夹角ψ；四、确定龙骨下沉量响应振幅算子Z_K/H_S；五、计算龙骨下最大沉量Z_K；六、计算最大横摇角θ_m；七、计算舭龙骨处最大下沉量Z_BK；八、取较大者为波浪富裕深度(Z₂)_ψj；九、当船浪夹角不唯一时，计算复数次船浪夹角对应的波浪富裕深度，取其中最大者为最终波浪富裕深度Z₂。本发明与传统技术相比，填补了国内规范中长周期波浪条件下波浪富裕深度计算的空白，且可以计算在船浪夹角ψ＝0°～180°范围内任意角度的波浪富裕深度。

技术领域

本发明涉及水利科技领域，具体涉及一种基于船长波长比的波浪富裕深度计算方法。

背景技术

波浪富裕深度指因船舶在波浪作用下产生垂直运动响应而需为航道预留的富裕深度，是航道设计水深的重要参数之一。目前国内规范中关于波浪富裕深度的计算仅适用于短周期波(波浪周期≤8s)情况，这在中国周边海域或者其他短周期海域是满足要求的。然而在远海岛礁、非洲、东南亚和南美等地，很多项目建设均存在中长周期波影响问题。中长周期波波长较长，传播速度大，具有相当高的能量，对大型船舶航行影响不可忽视。

波浪作用下船舶垂直运动响应主要是垂荡、纵摇、横摇引起的。目前研究手段主要有物理模型试验和数值模拟两种方法，物理模型试验法精度较高，但花费的经费和时间成本较高；数值模拟法时间和经费成本较低，计算精度也相对较高，已经成为当下的主流，其中基于线性理论的响应振幅算子(RAO)法已经在各国航道规范中得到广泛应用。

目前关于中长周期波条件下船舶运动响应的研究主要集中于船舶系泊状态，对于航行状态下的船舶运动响应研究较少，中长周期波条件下波浪富裕深度国内尚无成熟计算方法。

为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于船长波长比的波浪富裕深度计算方法，本方法兼顾横摇最不利和纵摇最不利两种情况下船舶最大垂直运动响应，且可以分别计算10万、20万、30万吨级散货船在不同波高、不同船浪夹角(0°～180°)、不同波浪周期(8～30s)工况下的波浪富裕深度，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种基于船长波长比的波浪富裕深度计算方法包括以下步骤：

步骤一：确定船舶尺度参数，确定船长L_PP、船宽B、满载吃水T的尺度参数；

步骤二：确定波浪设计要素，包括有效波高H_S、谱峰周期T_p、波向角和波长λ，其中波长λ可以通过线性色散关系迭代求解；

步骤三：确定船浪夹角ψ，根据工程海域的常浪向和强浪向的不一致，确定至少一个对应的船浪夹角；

步骤四：计算确定龙骨下沉量响应振幅算子Z_K/H_S；

步骤五：计算龙骨下最大沉量Z_K；

步骤六：计算最大横摇角θ_m；

步骤七：计算舭龙骨处最大下沉量Z_BK；

步骤八：取较大者为波浪富裕深度(Z₂)_ψj；

步骤九：当船浪夹角不唯一时，计算复数次船浪夹角对应的波浪富裕深度(Z₂)_ψj，取其中最大者为最终波浪富裕深度Z₂。

进一步，所述步骤三的船浪夹角公式为公式1