操纵性是船舶重要的水动力性能之一，与航行安全性与经济性密切相关。长期以来，研究人员将船舶性能的研究主要集中在船舶快速性和耐波性上，并未将船舶操纵性作为主要研究方向，这与船舶行业对经济效益过于追求和其自身研究的复杂性有关。近些年，船舶行业快速发展，船舶数量急剧增加，船舶也正朝着大型化的趋势发展。这种变化趋势给航行安全带来严重隐患，导致海难事故频发。国际海事组织(IMO)颁布了相关规定和标准，确立了船舶操纵性研究在船舶设计阶段的重要地位。在船舶营运过程中，装货、卸货、压载水注入与排出等导致的船舶浮态变化会对操纵性产生影响。部分浮态下船舶的操纵性能可能会严重恶化，危及航行安全。因此，开展浮态对船舶操纵性的影响研究，掌握浮态对船舶操纵性的影响规律，对保证船舶的航行安全具有重要意义。传统的船舶操纵性研究主要依赖操纵性试验，而试验方法成本高，研究周期长，试验方法有一定的应用局限。近些年，随着计算流体动力学(CFD)技术的快速发展，CFD方法逐渐成为船舶操纵运动仿真预报的重要研究手段和可靠工具。
本文为研究浮态变化对船舶操纵性的影响，首先建立船舶水平面三自由度MMG分离型操纵运动数学模型，描述船舶的操纵运动。然后采用基于开源CFD软件OpenFOAM二次开发的RANS求解器，对KVLCC2裸船体船模在6个浮态（考虑2个吃水、3个纵倾角）下的斜航与圆周耦合运动进行数值模拟，计算得到船体水动力和水动力导数，并展示了船体周围流场分布结果。通过网格不确定度分析，验证了计算方法的可信度与正确性。最后，基于MMG船舶操纵运动模型，利用计算得到的水动力导数，经验公式得到的加速度导数以及模型试验给出的干扰系数，模拟了6个浮态的KVLCC2船模回转和Z形操纵运动。将各个浮态的操纵运动特征参数进行比较，得到了不同浮态时纵距、横距、超越角等特征参数的变化情况，分析了浮态对船舶操纵性的影响。水动力计算结果和水动力导数与模型试验数据进行比较，结果比较一致，验证了计算方法的准确性。操纵运动仿真结果与已有的自航模试验数据进行比较，仿真结果与试验值吻合良好，验证了本文所采用研究方法和预报流程的正确性，可以为船舶操纵性能预报提供一定的借鉴意义。
谷歌
火狐
