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船舶流体动力系数计算的TASAI方法与计算机实现

鲁晓光  
【摘要】:船舶在波浪中的摇荡运动是船舶受到波浪扰动后的一个重要物理现象。为求解船舶六个自由度的运动响应,必须计算船体不同横剖面的附加流体动力系数或附加转动惯量以及阻尼系数。本文针对刘易斯剖面及采用保角变换,应用田才(Tasai)的切片理论,建立计算横摇附加转动惯量、横荡和升沉附加流体质量以及三个自由度兴波阻尼系数的方法,并编制了相应的计算程序。 本文回顾了自上世纪中期以来船舶运动研究的发展历史,尤其是切片理论的发展历史及主要成果。综述了田才(Tasai)的切片理论,并详细推导了该理论计算横摇、横荡和升沉运动三个自由度的辐射流体动力系数的计算公式。 本文针对上述三个自由度的船舶运动,采用FORTRAN77语言编制了辐射流体动力系数的计算机程序。本程序按照结构化程序设计思想编制,结构清晰、可读性强,在计算方法的选择上,力求高速度和高效率。 应用本程序针对多种刘易斯剖面,以船形剖面的尺寸和波浪频率为输入量,得到了各个自由度的辐射流体动力系数随频率的变化关系。本文所得计算结果与试验和其他方法所得的结果颇为一致,证明本文开发的程序是正确可靠的。最后本文计算了十三陵水库游艇的辐射流体动力系数,得到了游艇的附加流体质量、附加转动惯量以及辐射流体阻尼系数。 由于本文所编制的计算程序是基于二因次切片理论的,而实际上船体周围流体的流动是三维流动,故本文程序计算的船体附加质量和附加转动惯量要比实际船体的附加质量和附加转动惯量偏大。另外,本文计算的横摇兴波阻尼系数要比实际的船舶横摇阻尼系数小,这是因为横摇阻尼成分中粘性阻尼占的比重较大的缘故。尽管如此,应用本文程序进行实用计算,能够满足精度要求。 本文程序的成功开发,为今后的船舶耐波性研究奠定了基础。


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