【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶总体水动力，特别涉及一种适用于三体船型的波浪中大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，用于快速评估三体船型在波浪中的横摇运动，支撑三体船设计，提升适航性。
技术介绍
1、三体船是一种新型的水面平台，水下部分由主体和两个片体共三个细长船体组成，两个片体通过连接桥与中体连接成一体。三体船型的排水量主要集中在主体，片体的排水量占总排水量约5％-10％，片体吃水较小。三体船的船型特点使其具有在波浪中特殊的横摇运动性能，在高海况下会造成大幅横摇运动，往往会造成片体出水的现象，如图1所示为三体船大幅横摇运动时发生片体出水入水的非线性现象。
2、横摇运动预报是三体船适航性设计的重要环节，高海况下的三体船非线性横摇运动预报是具有挑战的工作。根据船舶横摇运动方程，非线性横摇运动主要涉及横摇阻尼的非线性和恢复力矩的非线性。片体的出水，会对横摇阻尼和横摇恢复力矩产生较大的影响。非线性横摇阻尼估算方法通常采用基于横摇衰减曲线的消灭曲线法，这种方法只利用了横摇衰减曲线的峰谷值，但无法反映横摇衰减的整个过程，这就无法捕捉片体出水入水过程对横摇阻尼的影响。对于非线性恢复力矩曲线与船体的线型有关，对于三体船型，由于片体出水的影响，会出现类似s型的形状，体现出复杂的非线性特性，通常采用高次多项式的非线性拟合的方法无法有效反应这一特点，如图2所示。
3、波浪中三体船大幅横摇运动存在片体出水入水的过程，为强非线性过程，对三体船波浪中横摇运动存在影响，三体船横摇阻尼和横摇运动预报时需考虑这一影响。
4、需要说明的
技术实现思路
1、为了精确地预报三体船在波浪中的大幅非线性运动，需要考虑片体出水引起的横摇阻尼和恢复力矩的非线性影响，本专利技术提供一种基于非线性横摇阻尼模型的横摇衰减曲线分段积分和非线性恢复力矩实时插值的三体船非线性横摇阻尼和横摇运动的快速数值预报方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，包括以下步骤：
4、步骤1：获得三体船大幅横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线、非线性恢复力臂曲线；
5、步骤2：分段离散横摇角衰减曲线和横摇角速度衰减曲线；获得非线性恢复力臂曲线插值积分表，其中插值积分表包含一一对应的关系；
6、步骤3：分段积分插值法获得线性和非线性横摇阻尼系数；
7、线性横摇阻尼系数a及非线性横摇阻尼系数c由以下计算公式获得：
8、
9、其中，为三体船的初稳心高；为横摇固有频率，为已知值；m为三体船重量，g为重力加速度；
10、其中，和υ3的计算公式如下：
11、
12、其中，δe(ti)，di1，di2均根据步骤2中的横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线、非线性恢复力臂曲线插值积分表得到；
13、步骤4：基于线性横摇阻尼系数a、非线性横摇阻尼系数c以及非线性恢复力臂曲线插值积分表，计算三体船波浪中非线性横摇运动方程。
14、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤1中，通过模型试验方法或计算流体动力学方法数值模拟，获得三体船大幅横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线。
15、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤1中，非线性恢复力臂曲线基于船舶静力学原理，通过大倾角稳性恢复力臂计算公式获得：
16、
17、其中为横倾角时船体的浮心横向坐标和纵向坐标，zg为船体重心垂向坐标。
18、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤2中，将横摇角衰减曲线和横摇角速度衰减曲线分段积分，分段数量为每个横摇衰减周期4-8段，每段根据采集频率进行数据离散，每段不少于400个离散点。
19、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤2中，基于插值积分的方法，获得不同离散横摇角下的非线性恢复力臂和非线性恢复力臂曲线积分，并做好电子数据表格。
20、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤3中，根据刚体运动学，三体船的静水横摇数学模型为：
21、
22、其中，为惯性力矩，由船体惯性矩和附加惯性矩组成，阻尼力矩采用线性加立方的模型恢复力矩其中m为三体船重量，g为重力加速度；
23、两边除以得到以下公式：
24、
25、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤3中，对于线性横摇阻尼系数a及非线性横摇阻尼系数c采用无因次化处理，计算公式如下：
26、
27、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤3中，将横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线按照等时间间隔分成多个区间，分割时间设为t1、t2..ti…tn；
28、t时刻系统的总能量表示为动能和势能的相加：
29、
30、任取ti和ti+1时刻，能量耗散由阻尼导致，能量变化为：
31、
32、也写作：
33、
34、
35、将横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线分n段后，有如下递推关系：
36、
37、其中，项直接采用步骤2中的非线性恢复力臂曲线插值积分表插值后代入。
38、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，在步骤4中，波浪中三体船非线性横摇运动数学模型表示为：
39、
40、根据步骤3获得线性横摇阻尼系数a、非线性横摇阻尼系数c，并通过非线性恢复力臂曲线插值积分表获得波浪力矩幅值f表式为ff-k＝mgh.ae0；其中，ae0为有效波面角，为考虑船宽和船吃水限制的影响的有效波倾角修正系数，w为波浪频率。
41、以下为本专利技术进一步限定的技术方案，惯性矩根据横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线获得的平均固有周期，根据式获得：
42、
43、其中为初稳心高，为已知值。
44、相对于现有技术，本专利技术具有如下技术效果：
45、本专利技术在考虑了片体出水引起的横摇阻尼和恢复力矩的非线性影响，可以精确地预报三体船在波浪中的大幅非线性运动，便于快速评估三体船型在波浪中的横摇运动，支撑三体船设计，提升适航性。
46、下面结合附图与实施例，对本专利技术进一步说明。
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1.一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤1中，通过模型试验方法或计算流体动力学方法数值模拟，获得三体船大幅横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线。
3.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤1中，非线性恢复力臂曲线基于船舶静力学原理，通过大倾角稳性恢复力臂计算公式获得：
4.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤2中，将横摇角衰减曲线和横摇角速度衰减曲线分段积分，分段数量为每个横摇衰减周期4-8段，每段根据采集频率进行数据离散，每段不少于400个离散点。
5.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤2中，基于插值积分的方法，获得不同离散横摇角下的非线性恢复力臂和非线性恢复力臂曲线积分，并做好电子数据表格。
6.根据权利要求1所述的一种三体
7.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤3中，对于线性横摇阻尼系数A及非线性横摇阻尼系数C采用无因次化处理，计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤3中，将横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线按照等时间间隔分成多个区间，分割时间设为t1、t2..ti…tn；
9.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤4中，波浪中三体船非线性横摇运动数学模型表示为：
10.根据权利要求9所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，惯性矩根据横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线获得的平均固有周期，根据式获得：
...【技术特征摘要】
1.一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤1中，通过模型试验方法或计算流体动力学方法数值模拟，获得三体船大幅横摇角衰减曲线、横摇角速度衰减曲线。
3.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤1中，非线性恢复力臂曲线基于船舶静力学原理，通过大倾角稳性恢复力臂计算公式获得：
4.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤2中，将横摇角衰减曲线和横摇角速度衰减曲线分段积分，分段数量为每个横摇衰减周期4-8段，每段根据采集频率进行数据离散，每段不少于400个离散点。
5.根据权利要求1所述的一种三体船大幅非线性横摇阻尼和横摇运动快速预报方法，其特征在于，在步骤2中，基于插值积分的方法，获得不同离散横摇角下的非线性恢复力臂和非线性恢复力臂曲线积...
【专利技术属性】
技术研发人员：张艺瀚，王平，胡小兵，蔡新功，胡景丰，唐恺，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七○八研究所，
类型：发明
国别省市：
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