一種無網格法的減搖水艙裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及船舶減搖領域，具體涉及一種無網格法的減搖水艙裝置。
【背景技術】
[0002]在海洋工程輔助船程船的航行及運作中，減搖是一個重要的議題。因為像平臺供應船和錨作拖船等海洋工程輔助船，需要長時間在平臺周圍服務，遇到惡劣的海況也需要堅守、甚至工作。為了減輕船員疲勞度及增加船用機械的可操作性，需要增加輔助設施來增加船舶的抗橫搖性能。這其中以減搖水艙最為常見。從控制方式來分減搖水艙可分為:被動式減搖水艙和可控被動式減搖水艙。可控被動式減搖水艙通過使用控制裝置氣閥和水閥來控制艙內液體的晃蕩，使其運動與橫搖運動的相位差約90度。此時，艙內液體對船舶的作用力矩大約滯后波浪作用力矩180度，進而起到減搖效果。但該水艙需要復雜的控制與操控裝置，并需要供應商的介入，從而船舶造價很高。
【發明內容】
[0003]為了彌補以上技術的不足，本發明提供了一種無網格法的減搖水艙裝置。其特征是使用無網格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。減搖水艙隨船舶橫搖時艙內液體運動與船舶橫搖運動存在相位差，當相位差為90度時，減搖水艙減搖效果最佳。否則，減搖效果減弱，甚至增搖。通過粒子法，對被動式減搖水艙晃蕩的數值模擬，可得到液體晃蕩與橫搖運動的相位差，模擬結果與實驗結果基本一致，通過相位差可以判別被動式減搖水艙最佳減搖效果的區間，指導海洋工程輔助船的減搖水艙設計。
[0004]同可控被動式減搖水艙相比，純被動式減搖水艙因布置簡便，無需附加功率、無需供應商的介入造價低廉方便改裝等優點而廣受歡迎。在被動式減搖水艙的設計中，由于沒有控制液體晃蕩的氣閥或水閥，晃蕩運動和橫搖運動的相位差處于不可控狀態，一般在艙內液體的固有周期附近，減搖水艙處于減搖狀態，而在偏離液體固有周期的高低頻橫搖運動中，減搖水艙經常處于增搖狀態。對于一般船舶而言，在高低頻的橫搖運動中，自身橫搖幅度不大。所以，增搖的缺點并不突出，但類似于PHV及AHTS這樣的海洋工程輔助船自身橫搖固有周期偏小，可能會出現發生增搖區間處于海域波浪跨零周期的多發生區間，這會導致減搖水艙長期處于增搖狀態，所以，在被動式減搖水艙的設計中，需要密切關注橫搖運動和晃蕩運動的相位差。
[0005]使用無網格粒子法(亦稱MPS法)研究被動式減搖水艙問題，同以往有關減搖水艙的數值模擬研究不同的是，該算法除了關注減搖水艙內液體的晃蕩現象外，還將重點關注晃蕩液體與船舶運動的相位差。在方法上，由于減搖水艙在工作時，晃蕩的液體往往含有大變形的自由表面，使用一般基于歐拉網格的數值方法時會遇到一定的困難。而基于拉格朗日粒子的無網格法則在自由表面尤其是大變形自由表面的模擬中有著出色的表現。
[0006]基本理論
減搖水艙——船舶橫搖系統數值模擬與結果分析
數值模擬的結果分為減搖水艙內液體晃蕩運動與橫搖運動的相位差及自由表面兩個部分。在相位差的計算中，由于減搖水艙提供的減搖力矩與艙內液體晃蕩的相位相一致，所需計算的相位差，即減搖水艙內液體晃蕩滯后于船舶橫搖運動的相位差。晃蕩液體相位的捕捉模擬通過粒子橫搖中心橫坐標的乘積的統計來實現，由于在無網格的粒子法中，單個粒子即代表流體粒子，液艙左右側粒子數目的正弦變化即是液體晃蕩相位的變化。
[0007]使用無網格粒子法模擬了被動式減搖水艙隨船舶橫搖而起的晃蕩現象，研究了減搖水艙晃蕩與橫搖運動的相位差。晃蕩現象及其引起的減搖與增搖效果得到如下結論:通過模擬的水艙晃蕩與橫搖運動的相位差，與實驗結果接近，可通過該相位差進行減搖效果的分析。模擬結果表明:作為一種無網格法粒子法，在模擬中能夠容易地表現出大變形的自由表面，并且伴有液面破碎現象，整個模擬過程中，不會因此而發生數值發散，這點要優于傳統的網格方法。
【主權項】
1.一種無網格法的減搖水艙裝置，其特征是使用無網格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。2.使用無網格粒子法(亦稱MPS法)研究被動式減搖水艙問題，該算法除了關注減搖水艙內液體的晃蕩現象外，還將重點關注晃蕩液體與船舶運動的相位差。3.在方法上，由于減搖水艙在工作時，晃蕩的液體往往含有大變形的自由表面，使用一般基于歐拉網格的數值方法時會遇到一定的困難，而基于拉格朗日粒子的無網格法則在自由表面，尤其是大變形自由表面的模擬中有著出色的表現。
【專利摘要】本發明提供了一種無網格法的減搖水艙裝置。其特征是使用無網格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。減搖水艙隨船舶橫搖時艙內液體運動與船舶橫搖運動存在相位差，當相位差為90度時，減搖水艙減搖效果最佳。否則，減搖效果減弱，甚至增搖。通過粒子法，對被動式減搖水艙晃蕩的數值模擬，可得到液體晃蕩與橫搖運動的相位差，模擬結果與實驗結果基本一致，通過相位差可以判別被動式減搖水艙最佳減搖效果的區間，指導海洋工程輔助船的減搖水艙設計。
【IPC分類】B63B39/03
【公開號】CN105564607
【申請號】CN201410540736
【發明人】劉鑫
【申請人】威海拓達高科船舶科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月14日