四种Wigley船型在迎浪中实验和计算外文翻译资料

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四种Wigley船型在迎浪中实验和计算

J.M.J. Journee

代尔夫特理工大学

摘要

在过去，代尔夫特理工大学船舶力学实验室已经发表的两个Wigley数学船体形式在迎浪航行时垂荡和纵摇的水动力系数，垂直运动，波浪载荷和附加阻力的实验数据。这些船型的船中截面系数为0.909，长度与宽度比为10比5。

另外还有另外两个Wigley船体形式，船中截面系数为0.667，长度与宽度比为10比5。新的测量内容包括纵向波浪力，17站处的垂直相对运动以及零航速情况下的垂直运动。

关于这四个Wigley船体形式的所有实验数据都在表格中给出图表。 此外，将基于普通和改进的切片理论方法计算得到的结果与试验测量结果进行了较全面的比较。在文中也给出了基础理论的相关部分。另外，本文还给出了一些实验数据与三维衍射计算结果的比较。

1、引言

在过去，Gerritsma（1988）报道了Wigley I和II所示的两个Wigley船体形状的垂直运动，波浪载荷和迎浪附加阻力的实验数据，船中剖面系数为0.909，长度与宽度比分别为10比5。 这些实验是在代尔夫特理工大学船舶力学实验室根据密歇根大学船舶与海洋工程系的要求以及船舶与海洋工程师学会流体动力学委员会H-5的要求进行的 。

最近，另外两艘Wigley船中部分系数船体形式，由Wigley三号（0.667）表示，长度与宽度和Ⅳ相同，分别为10和_5，分别由作者进行了测试。 Wigley I和II的原始测量程序已经扩展了在17号站的浪涌波力和垂直相对运动，并以零航速的垂直运动测量。

此外，对Wigley II进行了一些控制实验。 作为结果，已经对先前在强制俯仰振荡期间获得并由Gerritsma（1988）报道的Wigley II的实验数据进行了综述。

关于这四个Wigley船体形式的所有实验数据都在表格和图表中给出。

此外，由Journee（1992）提出的使用6自由度程序SEAWAY导出的计算数据的所有实验数据进行了全面的比较，Journee（1992）是基于普通和修改的切片理论方法的最近开发的个人计算机程序。 在本程序中使用的基本理论的相关部分，用于计算起伏和俯仰运动，这些在附录中给出。 对于流体力学系数，也给出了实验数据与三维计算方法结果的比较。 已经使用两种不同的波体相互作用的辐射衍射面板程序，由马萨诸塞理工学院的Newman（1988）和Pinkster（1992）描述的最近开发的DELFRAC计算机程序描述的WAMIT计算机程序 代尔夫特理工大学。

对于比较研究，zip文件（ExperimentsWigley-180.zip）已经可用。 此zip文件包含数据文件，其中包含表中所示的序列和符号中的所有实验数据。 数据文件名称基于表号和傅汝德数。

2、Wigley模型的定义

以下给出了四艘Wigley船模型的主要尺寸。

为了描述船体形式的数学公式，右手坐标系由下式定义：

O(xi;,eta;,zeta;)

关于：

O 原点，船中在水面

xi; 横轴，向前为正

eta; 侧轴，左舷为正

zeta; 垂直轴，向下为正

在这个坐标系中，4艘Wigley型号的无量纲船体形式，其中原点O为船长的一半，船中静止在水面中，定义为：

eta;=（1-zeta;²）*（1-xi;²）*（1 a₂*xi;² a₄*xi;⁴） alpha;*zeta;²*（1-zeta;⁸）*（1-xi;²）⁴

关于：

a₂=0.2 对于四个Wigley船型均适用

a₄=0.0对于四个Wigley船型均适用

alpha;=1.0 只对于1和2号船型适用 C_m=0.909

alpha;=0.0 只对于3和4号船型适用 C_m=0.667

如表1-I，II，III，IV和附录II所示，分别给出了xi;、eta;、zeta;和L / 2，B / 2和d的4个Wigley船体模型型值表。

3、水动力载荷，波浪载荷和运动方程

在Wigley实验中，在正常的迎浪航行中，该模型只能自由地执行垂荡和纵摇运动。

纵摇和垂荡运动的耦合方程由下式给出：

由于Wigley模型的对称性相对于船舶长度的一半，运动方程中的液压机械系数，如切片理论计算中使用的，并在附录I中给出，在这种特殊情况下将会减少：

根据切片理论，波浪，纵摇和垂荡模型上的总波浪载荷由下式定义：

改进的切片理论方法包括概述的术语。当忽略概述的术语时，提出了普通的切片理论方法。

Frank（1967）和Journee（1990，1992b）详细描述了二维流体动力学势系数、、和的确定。

4、模型实验

4.1 强迫简谐垂荡和纵摇运动

在进行强制振动试验时，运动方程式如下：

流体力学系数遵循起伏振荡期间测量的扰动力和力矩的同相和异相部分：

模型的固体质量已经单独测量。 对于这些实验，不要求等于。此外，对于这些Wigley模型,是显而易见的。

当进行强制纵摇振动试验时，运动方程由下式给出：

流体力学系数遵循测量的扰动力和力矩的相位和相位项：

模型的固体质量惯性已经用特殊测量设备单独测量。对于这些实验，不要求等于。显然这些Wigley型号的。

4个Wigley模型的静态系数的计算值如下表所示

已经测量了傅汝德数的范围，振荡的圆周频率和振荡振幅的流体动力学系数：

傅汝德函数 Fn=0.20、0.30和0.40

循环频率：omega;=3、4、5、6、7、8、10和12rad/sec

垂荡振幅 z_a=0.025和0.050米

纵摇振幅 theta;_a=1.50和3.00度

对于Wigley模型II，速度限制在Fn=0.20

结果列于附录二的表2和表3，附录三中的图1至图8中给出了如下定义的无量纲形式：

测量的系数在这里给出大写字符。 计算将使用较小的字符来进一步使用的系数。它们以相同的方式被制成无量纲。

对于Wigley模型III和IV，在这些振荡测试期间也测量了站17处的垂直相对运动。 结果列于附录二的表4和附录三的图9和图10中，其尺寸进一步定义。

4.2 纵荡波浪力、垂荡波浪力和纵摇波浪力矩

规则的波浪负载波浪，垂荡和纵摇的波浪定义如下：

其中相位滞后与模型重心的波高相关。

对于傅汝德数，波长和波幅的范围，已经测量了规则波中的浪涌和垂荡波力以及纵摇波浪矩：

傅汝德数 Fn=0.20、0.30、0.40

波长 lambda;/L=0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00

波幅 zeta;_a=0.025和0.045米

对于Wigley模型II，速度限制在Fn=0.20

在这些测量过程中，模型完全受到限制。

对于Wigley模型III和IV，在波浪中的垂荡和纵摇模型的实验中也测量了纵波力，如下文所述。

结果列于附录二表5和表6以及附录三中的图11至14，其尺寸如下：

对于Wigley模型III和IV，在这些测试期间也测量了完全限制模型的17号站的垂直相对运动。 结果列于附录II的表7和附录III的图15中，其尺寸和尺寸如下一节垂直相对运动中所定义。

4.3 垂荡和纵摇运动

在规则航向波中的垂荡和纵摇运动由下式定义

其中相位滞后与模型重心的波高相关。

对于一系列傅汝德数，波长和波幅，已经测量了垂荡和纵摇运动：

傅汝德数 Fn=0.20、0.30、0.40

波长 lambda;/L=0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00

波幅 zeta;

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