基于船舶运动状态的波浪外力研究

【摘要】： 针对传统的波浪研究和波浪载荷应用相互独立的问题,本文基于船舶运动状态进行波浪监测、船舶姿态监测的研究,结合当前监测技术,详细分析了基于船舶运动状态的波浪监测技术、传感器的选用、数据的修正和记录措施,并分析了监测数据的具体应用方法。主要工作如下: (1)从实用角度出发,阐述了工程中常用的波浪理论,包括常用线性波理论、非线性波理论,简要分析了这些理论的研究方法及特点。比较各种理论,建议了实际工程应用中选择波浪理论的原则,并总结了常用波浪谱公式。 (2)针对工程应用,分析船基波浪监测的要素,围绕波浪、船体之间相互运动,详细推导了波浪的监测方法,并从当前众多监测手段中,选择适合船基监测波浪的手段:激光测波技术,并对误差、布置等做了初步建议。 考虑到波浪载荷后期应用,提出监测波浪的相对数据到绝对数据的转换问题,进而研究船舶姿态的监测,结合当前捷联惯性导航两大研究途径,选择适合监测船舶姿态的方法,对仪器的选用、误差、布置等都做了详细的分析。 在监测波浪、船舶姿态的基础上,详细推导出如何修正得到真实波长、波高数据,并详细研究了如何确保波浪监测仪器的铅垂方向稳定性问题。 参考ABS监测规范要求,提出适合本文研究系统的数据记录措施,给出各个监测环节、数据修正环节的流程图,根据监测数据、修正数据各自的特点,提出这些数据各自的应用领域。 (3)从船舶稳性、结构最值得关注的安全角度出发,分析基于船舶姿态监测的操纵安全预报,提出针对具体船舶、航区建立具体预报数据库的概念,通过分析提出经验公式的形式,跳出传统耗时的仿真途径。 (4)根据船基波浪监测和常规波浪研究的不同,提出船基波浪后期研究中建立波浪方向谱的必然性,并参考资料分析得到方向谱的制作方法。 (5)对本文课题的应用进行了展望,并提出本文研究课题面临的理论和技术难点,为以后的研究指明方向。