停靠方式对船舶水动力性能影响的分析

郑 律

(南通市交通运输综合行政执法支队，江苏 南通 226001)

0 引言

随着船舶行业的发展，不同的船舶在一起协同工作的情况经常会出现。不同船舶协同工作时，由于两个船体的停靠方式不同，两船间的水动力干扰作用会对两船的相对运动产生影响。

对船舶水动力性能理论预报的方法有二维切片法、二维半理论和三维面元方法。HONG等通过频域无航速理论研究FPSO和并靠系泊LNG船的运动响应问题；XU等进行了驳船间水动力相互作用的数值和实验研究。KASHIWAGI提出了一种在时域内求解的非线性切片理论。以上方法都是基于时域范围内的水动力分析，且船舶种类有一定的局限性。本文基于线性势流理论，在WIGLEY型船与驳船船模作业时分别研究并对比了频域范围内丁字靠和并靠停靠方式的水动力性能，从而为船舶安全停靠作业提供依据。

1 浮体水动力分析原理

本文使用HydroSTAR软件进行水动力计算，并对其结果进行分析。本文研究工作主要是基于线性势流理论，势流理论需满足如下假设：

无航速的船体漂浮在无限水深的水域表面上；流体无粘性且不可压缩，忽略其表面张力；船体运动无旋。

2 分析浮体模型化介绍

本文主要对WIGLEY型船与驳船船模的多浮体进行分析，这2种模型多用于模拟浮吊船江中过驳情况。在对多浮体各自的水动力进行分析之前，需要对各浮体进行模型化后再作比较，从而得出丁字停靠和并靠这2种作业模式下的水动力的相互干扰特性。

用Patran建立两船模的湿表面网格模型，处理后导入软件中。为了减少计算的数量级，两船模拟的主要参数见表1，两船模型见图1。

表1 两船主要参数

图1 两船丁字靠与并靠HydroSTAR示意图

3 2种停靠方式下的浮体运动响应比较

两船的重心相距2 m，两船整体形态成并靠和丁字靠。由于驳船线型比较简单，且多为固定不动工程船，因此主要对此时WIGLEY型船的运动着重分析，并且WIGLEY型船的运动描述都是基于图2的坐标系。本文以90°、120°、150°、180°这4个主要浪向来分析WIGLEY型船的水动力性能。

3.1 90°来浪下的运动分析

图3～图6为90°来浪下丁字靠工况与并靠工况的6个自由度运动的曲线比较图。丁字靠工况下，6个自由度的运动与并靠相比都是极为平缓稳定的，即使在纵摇曲线图与首摇曲线图上两组曲线近似，但是曲线的总体数值极为微小，所以没有比较的价值。

图2 2种停靠方式来浪示意图

3.2 120°来浪下的运动分析

图7～图10为120°来浪下丁字靠工况与并靠工况的6个自由度运动的曲线比较图。总体来看，丁字靠工况下，6个自由度的运动与并靠相比较为平稳。随着来浪浪向角的增加，驳船对WIGLEY型船的遮蔽出现不完全，开始有斜向的来浪作用在WIGLEY型船上，使WIGLEY型船的部分运动开始加剧。由于驳船的遮挡作用，WIGLEY型船震荡相对比较平缓。

3.3 150°来浪下的运动分析

图11～图14为150°来浪下丁字靠工况与并靠工况的6个自由度运动的曲线比较图。

从图11～图14可以看出，随着迎浪角的增大，驳船的遮蔽效应进一步减小，WIGLEY型船的部分运动幅值继续上升影响增加；丁字靠的情况下，WIGLEY型船的震荡幅度已经逐渐超过并靠作业。

3.4 180°来浪下的运动分析

图15～图18为180°来浪下丁字靠工况与并靠工况的6个自由度运动的曲线比较图。

当来浪方向为180°时，WIGLEY型船失去驳船对其的遮蔽作用，致使WIGLEY型船完全暴露在180°来浪下，此时WIGLEY型船的横摇与横荡达到最大值。相对来说，丁字靠的情况下纵向的晃荡相对较小。

4 结论

(1)丁字靠工况下，当驳船位于上浪处时，驳船可以为其下浪方向的WIGLEY型船阻挡大部分来浪，并减小波浪对WIGLEY型船的不良作用。

(2)与并靠工况相同，随着来浪浪向角的增加，驳船对WIGLEY型船的遮蔽作用逐渐减弱；当达到180°时，其遮蔽作用完全失去效果，WIGLEY型船完全暴露在横向来浪(90°或者180°)下，但是在此时受影响最大的只有横摇和横荡运动。相对于并靠工况，丁字靠工况使WIGLEY型船受波浪影响更小。

(3)在充分利用驳船对波浪遮蔽作用的情况下，丁字靠的作业方式比并靠的作业方式更加平稳。