[发明专利]一种基于波浪遭遇周期的波浪富裕深度计算方法

说明书

本发明一种基于波浪遭遇周期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、确定船舶固有周期；三、确定波浪设计要素；四、确定船浪夹角ψ；五、计算波浪遭遇周期T_e；六、确定龙骨下沉量响应振幅算子；七、计算龙骨下最大下沉量Z_K；八、计算最大横摇角θ_m；九、计算舭龙骨处最大下沉量Z_BK；十、取较大者为波浪富裕深度(Z₂)_ψj；十一、当船浪夹角不唯一时，计算所有船浪夹角对应的波浪富裕深度(Z₂)_ψj，取最大者为最终波浪富裕深度Z₂。本发明能更为准确地反映船舶产生谐摇运动时对波浪富裕深度的影响,设计取值更为安全；采用单变量多参数经验公式，操作较为简便。

技术领域

本发明涉及水利科技领域，具体涉及一种基于波浪遭遇周期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，主要受垂荡、纵摇、横摇等自由度运动垂直运动分量的影响。波浪遭遇周期是指航行船舶遭遇波浪相邻的两个相同相位点的时间间隔。当船舶波浪遭遇周期与船舶固有周期(垂荡、纵摇、横摇等)相近时，船舶会产生谐摇运动，造成较大的垂直运动响应。

由于波浪遭遇周期受波浪周期、船速以及船浪夹角三个因素的共同影响，计算较为复杂，故目前绝大多数国内外航道规范均以波浪周期而非波浪遭遇周期作为波浪富裕深度计算的主要设计要素之一。波浪周期使用简便，却难以体现出船舶在同一波浪周期、不同船速和船浪夹角下波浪富裕深度的差异。这种差异在短周期波(波浪周期≤10s)情况下不太明显，主要是因为10万吨级及以上船舶固有周期通常在15s以上，即使在随浪情况下(船浪夹角180°)遭遇周期最大，也通常小于15s，不会产生谐摇共振，但当在中长周期波浪条件下(10s～30s)，无论迎浪、随浪情况下都有可能产生谐摇共振，船速和船浪夹角的影响无法忽视。对此国内外尚无成熟计算方法。

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，提供一种基于波浪遭遇周期的波浪富裕深度计算方法，本方法给出了波浪富裕深度与波浪遭遇周期的相关关系，能较为直观地反映谐摇运动的影响，且该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，可以更为精准地计算10万、20万、30万吨级散货船在中长周期波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。

一种基于波浪遭遇周期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D等尺度参数；

步骤二：确定船舶固有周期，确定船舶垂荡T_Z、纵摇固有周期T，所述步骤二通过公式1和公式2计算确定，所述公式1为

所述公式2为

步骤三：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；

步骤四：确定船舶与波浪的关系，其关系为船浪夹角ψ，所述船浪夹角ψ通过公式3确定，所述公式3为

步骤五：计算波浪遭遇周期T_e，波浪遭遇周期为航行船舶遭遇波浪相邻的两个相同相位点的时间间隔，其计算通过公式4确定，所述公式4为

步骤六：利用包络线法确定对应工况下的龙骨下沉量响应振幅算子，具体有查图法和公式法两种方式；