一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法与流程

本发明涉及船舶抗风能力领域，特别涉及一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法。

背景技术：

1、随着人民生活水平的日益提高，邮轮、渡轮、客滚船等集游览观光，居住生活，娱乐休闲为一体的高端出游方式越来越受到人们的青睐。同时，邮轮及客滚船特别是中高档豪华游轮以其较高的技术附加值、充足的市场需求以及良好的未来前景也受到了国内造船行业的广泛关注。

2、我国一直是一个船舶和海洋工程装备的制造大国，但是在中高档邮轮的设计和建造方面起步较晚，尚不具备足够的设计和建造经验。邮轮及客滚船与一般的货船不同，在码头靠泊通常是在接近零航速的情况下，利用桨、舵和艏艉侧推来实现船舶横移靠港。而邮轮及客滚船的载客量和靠港离岸次数都远高于常规船舶，同时船舶操作运动是一个船-桨-机相互作用的动态过程，在不同风况下的横移操纵性能对于邮轮及客滚船的营运效益和安全性而言是十分重要的。由于评估横移抗风能力通常依赖于模型试验，尽管准确性高，但对前期开发而言设计成本过高，同时设计和验证周期较长，并不能满足初期的设计需求。

3、公开号cn 107145647b的专利申请公开了一种船舶海面风速、风向测量数据偏差校正方法：船体和上层建筑三维几何建模；船体周围钝体绕流气流场仿真；最小二乘支持向量机回归建模；测风传感器测量数据校正；海面真风速和真风向解算，利用该方法得到高质量的海面平均真风速、真风向数据可用于计算海气通量、构建海面风再分析数据资料、建立海洋模式驱动场、研究海气耦合模式等。

4、该现有技术对于船舶横移所受的流体载荷和力矩不能体现全面的测量数据。

5、为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能在设计初期对邮轮及客滚船在靠港横移时的抗风能力进行预估，以确保将来邮轮及客滚船在靠港横移过程中，能够为设计人员和船员提供一定的设计参考资料和风险规避方案的邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，包括以下步骤：

4、步骤1：采用基于ship maneuvering mathematical model group船舶运动数学模型，简写为jttc mmg，以mmg模型的思想为核心理念，力/力矩平衡为主要手段的经验评估法，根据横移平衡运动推导出客船在各个角度上所能承受的最大风载荷及风倾力矩后，依据客船的风载荷及风倾力矩系数，最后根据风载荷及力矩计算方程推导出各个方向所能承受的最大风速雷达图，并以此为基准对该船在靠港横移时的抗风能力进行定量的预估；

5、步骤2：将作用于船舶上的流体载荷和力矩按照物理意义分解于风、裸船体、螺旋桨和舵产生的流体载荷和力矩，以及它们之间的相互作用，依据设备参数对客船在靠港横移状态下进行计算的诸多外力，船舶在进行横移运动时，航速近似为零，螺旋桨进速也是零，即处于系柱状态，螺旋桨的推力即为：

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7、步骤3：依据设备参数对客船在靠港横移状态下进行计算的诸多外力，舵作为船舶在进行横移操作时平衡船舶横向受力的重要装置，其受力主要由升力系数、螺旋桨诱导速度以及有效冲角等决定：

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11、上述公式中α为有效冲角；δ为舵角；^为舵平均弦长与平均高度的比值；aα为舵有效截面积；

12、步骤4：依据设备参数对客船在靠港横移状态下进行计算的诸多外力，侧推同样是一种螺旋桨推进器，置于船体首部或尾部的横向导管内，侧推力的大小与槽道内单位时间的流量有关，因此与螺旋桨类似，侧推的推力也可通过系柱状态下的推力系数进行计算：

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14、步骤5：根据横移平衡运动推导出客船在各个角度上所能承受的最大风载荷及风倾力矩，将风载荷及力矩的作用方向从0°到180°，每15°划分一次后，依据客船靠港时的横移平衡方程，预估各个方向上所能承受的最大风载荷及力矩；

15、步骤6：基于风载荷及力矩计算方程推导出各个方向所能承受的最大风速，风载荷及风倾力矩的计算方程：

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19、上述公式中，u为风速(m/s)；cy为横向风载荷系数；cx为纵向风载荷系数；cn为风倾力矩系数；as为侧向受风面积；af为正向受风面积；

20、步骤7：基于风载荷及力矩计算方程推导出各个方向所能承受的最大风速雷达图，并以此为基准对该船在靠港横移时的抗风能力进行定量的预估。

21、优选的，步骤2中，在进行横移运动时2个螺旋桨的转向是相反的，即推力系数大小不同，方向相反，产生的推力也大小不同，产生的水流向前：

22、

23、

24、上述公式中balance表示螺旋桨正转，产生的水流流向船艉方向，下标back表示螺旋桨反转，产生的水流向前。

25、优选的，步骤4中，如果无法获得推力系数，则通过侧推的轴系效率c来估算侧推的最大推力：

26、

27、式中：t为侧推发出的推力，pn为侧推发动机的输出功率。

28、优选的，步骤5中，将风载荷及力矩的作用方向从0°到180°，每15°划分一次，客船的受风方向主要划分为13个方向。

29、优选的，步骤5中的横移平衡方程，忽略船舶受到水的反作用力，当船舶进行横移运动时，应满足以下方程：

30、x＝xp+xr-xw＝0

31、y＝yr+ybt+yst-yw≥0

32、n＝nr+nbt+nst+nw≈0

33、上述公式中，p、r、bt、st和w下标分别代表螺旋桨、舵、首侧推、尾侧推以及风。

34、优选的，步骤5中风载荷及风倾力矩，根据客船在13个风向下进行cfd仿真计算得到。

35、优选的，步骤5中风载荷及风倾力矩，根据客船在13个风向下基于风洞试验得到。

36、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

37、1、本发明在设计初期对邮轮及客滚船在靠港横移时的抗风能力进行预估，以确保将来邮轮及客滚船在靠港横移过程中，能够为设计人员和船员提供一定的设计参考资料和风险规避方案的邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法。

38、2、本发明为邮轮及客滚船的前期风险分析提供指导性数据，并为主推进螺旋桨、首侧推以及首部可伸缩式全回转推进器等船舶主要推进设备的参数选型提供定量化指导方向，且通过本预估方法，能够高效快速且科学的完成邮轮及客滚船的横移能力评估。

39、3、本发明提供的方法对于船体、推进器以及风浪流等环境因素进行充分的耦合考虑，余量设计合理，应用本发明提供的方法能够有效的避免对于首侧推等推进设备在功率选型上的过量设计等问题。

技术特征：

1.一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤2中，在进行横移运动时2个螺旋桨的转向是相反的，即推力系数大小不同，方向相反，产生的推力也大小不同，产生的水流向前：

3.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤4中，如果无法获得推力系数，则通过侧推的轴系效率c来估算侧推的最大推力：

4.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤5中，将风载荷及力矩的作用方向从0°到180°，每15°划分一次，客船的受风方向主要划分为13个方向。

5.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤5中的横移平衡方程，忽略船舶受到水的反作用力，当船舶进行横移运动时，应满足以下方程：

6.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤5中风载荷及风倾力矩，根据客船在13个风向下进行cfd仿真计算得到。

7.根据权利要求1所述的一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，其特征在于：所述步骤5中风载荷及风倾力矩，根据客船在13个风向下基于风洞试验得到。

技术总结
本发明涉及船舶抗风能力技术领域，公开了一种邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，本发明在设计初期对邮轮及客滚船在靠港横移时的抗风能力进行预估，以确保将来邮轮及客滚船在靠港横移过程中，能够为设计人员和船员提供一定的设计参考资料和风险规避方案的邮轮及客滚船在靠港横移时抗风能力的预估方法，为邮轮及客滚船的前期风险分析提供指导性数据，并为主推进螺旋桨、首侧推以及首部可伸缩式全回转推进器等船舶主要推进设备的参数选型提供定量化指导方向，提供的方法对于船体、推进器以及风浪流等环境因素进行充分的耦合考虑，余量设计合理，应用本发明提供的方法能够有效的避免对于首侧推等推进设备在功率选型上的过量设计等问题。

技术研发人员：董小伟,卜龙煜,何晓宁,陈鸽,刘钢东
受保护的技术使用者：招商局邮轮制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14