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目标海域中航行船舶横摇谱密度值的预报策略

摘要：横摇功率谱密度的预报是船舶耐波性分析的重要环节。本文以带有舭龙骨的船舶模型DTMB5512为研

究对象，采用CFD方法对船舶横摇频率响应进行计算。首先利用重叠网格法建立船舶在自由液面中横摇运动

的数值模型，进而在可靠验证的基础上，数值研究航速、遭遇频率和波浪方向对船舶横摇响应的影响；接着，基

于P-M波谱公式推导出海浪自相关函数表达式，结合目标海域的海浪数据对其进行参数修正，获取该目标海

域的自相关函数，从而得到目标海域海浪谱；最后，将频率响应谱与该目标海浪谱相结合，得到横摇谱密度。

关键词：船舶横摇；计算流体力学；海浪谱；海浪自相关函数

Predictionstrategyofrollpowerspectraldensityvalueof

ashipsailinginatargetseaarea

Abstract:Thepredictionofrollpowerspectraldensityisimportantforseakeepinganalysisofships.Inthis

paper,withthemodelofDTMB5512equippedwithbilgekeelstakenastheresearchtarget,therollingfre⁃

quencyresponsespectrumoftheshipwascalculatedbyCFDmethod.Firstly,thenumericalmodelofship

rollmotionwithfreesurfacewasestablishedbyusingtheoverlappinggridmethodwhiletheverifiednumeri⁃

calmodelwasemployedtostudytheeffectofshipspeed,encounterfrequencyandincomingwaveangleon

theshiprollmotion.Secondly,anautocorrelationfunctionofthewavedatainthetargetseaareawasob⁃

tainedbyproperlymodifyingtheparametersoftheanalyticalexpressionofoceanwaveautocorrelationfunc⁃

tion,whichwasderivedbasedontheP-M(Pierson-Moskowitz)spectrumformula.Finally,therollingspec⁃

trumdensitywasobtainedbycombiningtherollingfrequencyresponsespectrumwiththewavespectrumof

thetargetsea.

Keywords:shiprolling;computationalfluiddynamics;oceanwavespectrum;waveautocorrelationfunction

0引言

对实际海浪中的船舶耐波性进行分析，需要对不同环境因素下的船舶非线性横摇运动响应进行

计算。目前，虽然模型试验在确定船舶横摇方面依旧处于核心地位，但随着数值模拟技术的发展及有

[1-2]

利的发展前景，需要更多的数值模拟结果来建立对该问题的一般方法。为了更好地探索船舶的横

收稿日期：2023-04-20

1488船舶力学第27卷第10期

摇运动，本文基于CFD软件Star-CCM+，利用波浪激励船舶横摇的方式来模拟船舶横摇运动，并计算

不同浪向、航速下，遭遇频率大于固有频率的频段中船舶横摇幅值响应算子。

实际海洋环境中的波浪为不规则波，目前尚不能从理论上直接得到海浪频谱。包括Star-CCM+

在内的CFD计算软件,对不规则波的模拟仍是基于传统的海浪谱展式，难以反映海浪情况，因此，探索

[3]

海浪谱密度的估算方法成