邱云明

(1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003;2.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北武漢430063)

0 引言

由于船舶海難事故造成巨大損失，促使人們不斷對(duì)船舶性能——結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性、操縱性、耐波性研究，以期逐漸加深對(duì)受損船破艙進(jìn)水及其航行中復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為的理解，進(jìn)而研究出受損船的傾覆沉沒的機(jī)理，同時(shí)探究出受損船傾覆的影響因素、水動(dòng)力的計(jì)算方法及其殘存準(zhǔn)則。由于船舶碰撞受損后，其水動(dòng)力性能會(huì)發(fā)生急劇的變化，因此對(duì)受損船水動(dòng)力性能——?jiǎng)臃€(wěn)性、操縱性、耐波性的研究已成為船舶水動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要課題。

近十幾年來(lái)，計(jì)算流體力學(xué) (Computational Fluid Dynamics，CFD)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)(Experimental Fluid Dynamics，EFD)技術(shù)在船舶水動(dòng)力學(xué)學(xué)科得到成功的應(yīng)用，為采用數(shù)值和實(shí)驗(yàn)的手段研究船舶水動(dòng)力相關(guān)問題提供了新的有效工具，也大大促進(jìn)了對(duì)受損船的穩(wěn)性、操縱性、耐波性的研究。其中國(guó)內(nèi)外在破艙穩(wěn)性研究成果較多，研究方法比較先進(jìn)、成熟，并且已形成一系列穩(wěn)性衡準(zhǔn)規(guī)則及計(jì)算方法。在破艙穩(wěn)性研究上，目前采用確定性方法占主流，但隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展和計(jì)算方法完善，概率性方法將會(huì)取代確定性方法。受損船破艙穩(wěn)性的現(xiàn)狀及其研究很多，本文主要對(duì)受損船操縱性、耐波性方面的水動(dòng)力研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 受損船水動(dòng)力研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1.1.1 研究?jī)?nèi)容

目前，國(guó)外在受損船操縱性、耐波性方面的水動(dòng)力研究?jī)?nèi)容主要有:

1)受損船舶動(dòng)力模型

采用非線性船舶六自由度運(yùn)動(dòng)的耐波性模型，同時(shí)考慮船舶漂移以及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、質(zhì)心、外界擾動(dòng)等隨時(shí)間變化的因素。

2)水進(jìn)入及流出模型

考慮在惡劣海況中多個(gè)分艙進(jìn)水及水的晃蕩情況，從而研究對(duì)受損殘存能力的影響。

3)破艙進(jìn)水與船舶運(yùn)動(dòng)的相互影響

船舶破艙進(jìn)水和船舶運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，進(jìn)水 (包括進(jìn)水量和進(jìn)水艙的位置)影響運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)影響進(jìn)水，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。

4)進(jìn)水過程的模擬

實(shí)際受損船舶的進(jìn)水是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，它包括非水密艙室的浸透崩潰、進(jìn)水時(shí)的空氣壓力等。由IMO SLF46/INF.3.2003可知:隨著受損船舶進(jìn)水時(shí)間的變化，破艙進(jìn)水過程可分為瞬時(shí)進(jìn)水過程(transient flooding phase)、漸進(jìn)過程 (progressive flooding phase)、穩(wěn)定過程 (steady state phase)3個(gè)主要階段。特別在瞬時(shí)進(jìn)水過程中，破艙進(jìn)水對(duì)船舶水動(dòng)力影響很大。Spanos［1］指出瞬態(tài)進(jìn)水具有強(qiáng)非線性水動(dòng)力特性，破損開口形狀對(duì)其影響很大。進(jìn)水過程的模擬通常采用準(zhǔn)靜態(tài)方法，即假設(shè)水的表面水平，進(jìn)水的影響取決于受損開口形狀、艙內(nèi)水深、諧搖、進(jìn)水與船舶動(dòng)力相互影響產(chǎn)生的附加效應(yīng)。

上述研究，著重解決以下4個(gè)關(guān)鍵問題:

1)受損船傾覆的機(jī)理;

2)船舶的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及其受損船的水動(dòng)力大小;

3)船艙內(nèi)積水及其與船體相互作用的特性;

4)進(jìn)艙水流通過破損口流入與流出過程。

1.1.2 受損船數(shù)值計(jì)算數(shù)學(xué)模型

船舶在波浪上的運(yùn)動(dòng)方程可以在頻域和時(shí)域的范圍內(nèi)求解。研究受損船的耐波性也通常用到以下模型［2］:

1)非線性的橫蕩-垂蕩-橫搖 (sway-heaveroll)耦合運(yùn)動(dòng)方程;

2)六自由度的非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng);

3)二維切片理論、三維面元法解決船體水動(dòng)力;

4)帶有記憶效應(yīng)三維勢(shì)流理論解決船體水動(dòng)力;

5)N-S方程的搖蕩模型或淺水方程簡(jiǎn)化的動(dòng)態(tài)模型解決內(nèi)部水動(dòng)力。

1.1.3 模型試驗(yàn)

近年來(lái)，基于SOLAS 90及IMO-14決議提出的模型試驗(yàn)方法，土耳其、荷蘭、英國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)對(duì)受損船進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容有:破艙船舶的抗傾覆能力;舷側(cè)受損的主要影響因素;內(nèi)部艙壁結(jié)構(gòu)形式對(duì)受損穩(wěn)性影響等。對(duì)于滾裝船還重點(diǎn)開展了不同受損位置不同海況下的船舶運(yùn)動(dòng)、甲板上浪以及受損開口形狀對(duì)進(jìn)水速率的影響等方面的研究。

土耳其的 Emin Korkut和英國(guó)的 Mehmet Atlar［3］對(duì)滾裝船模分別在完好狀態(tài)和受損狀態(tài)，在規(guī)則波的3個(gè)不同波來(lái)向 (180°，90°，45°)、不同波頻率、不同受損位置、不同波高變化對(duì)船模運(yùn)動(dòng)的影響做了試驗(yàn)。

荷蘭的 Lionel Palazzi 和 Jan de Kat［4］(2004)為研究受損護(hù)衛(wèi)艦的運(yùn)動(dòng)，在靜水和波浪中針對(duì)不同波高和波周期做了一些試驗(yàn)，比較了不同狀態(tài)下的試驗(yàn)和仿真。做試驗(yàn)時(shí)，考慮進(jìn)水艙室內(nèi)空氣對(duì)瞬時(shí)進(jìn)水和瞬時(shí)橫搖的影響，并評(píng)估了艙內(nèi)氣流在船模運(yùn)動(dòng)中的重要性。

韓國(guó)的Dongkon Lee等［5］(2007)在36m ×4m×1.5m的試驗(yàn)池里，分別針對(duì)滾裝船的機(jī)艙底受損、邊艙受損、船首門受損 (bow visor damage)3種受損，在規(guī)則波和不規(guī)則波時(shí)不同波高和波向的海況下進(jìn)行了試驗(yàn)。

日本Kunihiro Hoshino等專家學(xué)者對(duì)受損船模在靜水和波浪中進(jìn)行了拖航試驗(yàn)，主要測(cè)出受損船在不同速度和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下的阻力等［6］。

1.1.4 數(shù)值模擬

近十幾年來(lái)，國(guó)外重視受損船水動(dòng)力數(shù)值模擬研究，其中，歐洲國(guó)家對(duì)受損滾裝船 (RO-RO)的研究較多，并且大多是研究瞬時(shí)進(jìn)水過程的水動(dòng)力問題。

英國(guó)的 Vassalos［2］(1997)等人對(duì)1艘艙室破損、航速為0的滾裝船在隨機(jī)波浪中的橫搖、垂蕩和橫蕩三自由度運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，并且考慮在隨機(jī)波浪下瞬間破艙進(jìn)水、甲板積水以及縱傾等，研究了破艙長(zhǎng)度、破艙位置、干舷高度等對(duì)破艙穩(wěn)性的影響，并提出了“穩(wěn)性邊界曲線”。該曲線反映船舶傾覆臨界狀態(tài)，在曲線內(nèi)表明船舶安全，否則就會(huì)傾覆。Dracos.Vassalos和 L.Letizia［8］(1998)評(píng)估了受損滾裝船的殘存能力，分析了進(jìn)水影響參數(shù)，提出甲板上浪是影響殘存的重要參數(shù)。Sevense和Vassalos［9］(1998)假設(shè)在船低速、海水平靜的條件下，運(yùn)用似穩(wěn)態(tài)方法模擬船舶運(yùn)動(dòng)情況，得出了船舶運(yùn)動(dòng)幅度隨破艙進(jìn)水量增加而減小。Vassalos和Jasionowski［10］(2002)為研究受損船水動(dòng)力，對(duì)客滾裝船在受損和完好狀態(tài)下做了一系列模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算。在數(shù)值計(jì)算時(shí)，忽略垂蕩運(yùn)動(dòng)，考慮到艙室受損對(duì)橫搖運(yùn)動(dòng)影響，其水動(dòng)力的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值基本吻合，研究結(jié)果進(jìn)一步揭示艙室進(jìn)水晃蕩、進(jìn)出水對(duì)水動(dòng)力的影響。G.E.Hearn和D.Lafforgue［11］(2008)等人根據(jù)受損船統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建了受損模型，考慮破艙內(nèi)自由液面的影響，構(gòu)建了船舶運(yùn)動(dòng)方程，運(yùn)用Matthew軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

德國(guó)的Chang［12］(1999)單獨(dú)對(duì)涌入船艙室的水進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，再根據(jù)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系和試驗(yàn)系數(shù)，將艙室內(nèi)部水的運(yùn)動(dòng)與船體運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，得到內(nèi)部水對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響。T.A.Santos和C.Guedes Soares［9］(2000)運(yùn)用六自由度時(shí)域方法計(jì)算了滾裝船在不對(duì)稱破損時(shí)瞬時(shí)進(jìn)水和靜水中的穩(wěn)性，著重研究了滾裝船的橫向非對(duì)稱進(jìn)水以及船艙受損范圍、雙層底的橫向進(jìn)水、船舶重心高度和邊艙的設(shè)置對(duì)橫向非對(duì)稱進(jìn)水的影響等，最后得出了滾裝船艙室破損，在靜水中橫向非對(duì)稱進(jìn)水也可能傾覆的結(jié)論。

葡萄牙的 T.A.Santos和 C.Guedes Soares等［7］(2009)運(yùn)用時(shí)域方法數(shù)值模擬了航行中受損客渡船波浪中的運(yùn)動(dòng)與艙室水對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，討論在不規(guī)則波中機(jī)艙受損的RO-RO客渡船的殘存率隨參數(shù)如海況、船舶重心垂向位置、橫搖阻尼力矩、流量系數(shù)、主甲板高度、初橫傾角及主甲板雙殼體的變 化 情 況。T.A.Santos 和 C.Guedes Soares［13］(2008)運(yùn)用時(shí)域理論構(gòu)建受損船運(yùn)動(dòng)方程，將艙內(nèi)進(jìn)水視為淺水運(yùn)動(dòng)，流體的運(yùn)動(dòng)近似為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)量的重心假定為此質(zhì)點(diǎn)，并用連續(xù)性方程構(gòu)建艙內(nèi)水的運(yùn)動(dòng)方程，模擬受損船橫搖運(yùn)動(dòng)衰減曲線，計(jì)算受損時(shí)的艙內(nèi)水作用力以及艙內(nèi)水自由液面的運(yùn)動(dòng)情況，并與試驗(yàn)進(jìn)行比較。

荷蘭的 Lionel Palazzi 和 Jan de Kat［4］(2002)在研究受損護(hù)衛(wèi)艦的水動(dòng)力性能時(shí)，考慮到進(jìn)水的初始階段艙內(nèi)空氣對(duì)破損進(jìn)水的影響，在靜水和波浪中針對(duì)不同波高和波周期進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)值模擬，數(shù)值模擬主要模擬壓縮空氣的彈性效應(yīng)，考慮了空氣對(duì)受損船運(yùn)動(dòng)的影響。

芬蘭的 Pekka Ruponen，Tom Sundell和 Markku Larmela［14］(2007)基于修正的 Bernoulli方程和壓力修正方法模擬破艙進(jìn)水漸進(jìn)過程，并用試驗(yàn)驗(yàn)證，證明其模型的適用性。

希臘的D.Papanikolaou和G.Zaraphonitis(2000)基于SOLAS95規(guī)則，運(yùn)用“塊質(zhì)量”概念，考慮“晃蕩效應(yīng)”，計(jì)算客滾裝船的破艙穩(wěn)性，探究受損船在波浪中傾覆的機(jī)理，并與試驗(yàn)做了比較。D.Papanikolaou［15］等人(2000)模擬破艙滾裝船傾覆過程，對(duì)甲板進(jìn)水進(jìn)行了研究。在模擬艙內(nèi)水與船體的相互作用時(shí)，最簡(jiǎn)單方法只考慮進(jìn)艙水的靜水力影響，即假定艙內(nèi)的進(jìn)水以靜水力方式分布(即其自由液面總是水平的)。Papanikoaou［16］(2002)提出的另一種更先進(jìn)方法是考慮進(jìn)水與船體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其水動(dòng)力的相互作用，艙內(nèi)進(jìn)水的液面可以不是水平的，并運(yùn)用RANS求解器進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并與試驗(yàn)值做比較和驗(yàn)證。

韓國(guó)的Dongkon Lee［17］針對(duì)受損船受損穩(wěn)性等指標(biāo)，研制了穩(wěn)性專家決策和受損船殘存性評(píng)估系統(tǒng)。2006年又根據(jù)確定性方法，研制基于知識(shí)的受損船穩(wěn)性控制系統(tǒng)，通過控制船舶穩(wěn)性提高安全性。Dongkon Lee，S.Y.Hong 和 G.J.Lee［5］(2007)構(gòu)建時(shí)域理論模型，預(yù)報(bào)受損船舶運(yùn)動(dòng)和破艙進(jìn)水效應(yīng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

日本對(duì)受損船的漂移阻力研究較多。Kambisseri Roby和HamanoTetsuya等人 (1998)探討一種能確保船舶受損后具有生命力的新方法，指出破艙開口的大小 決 定 受 損 程 度 等 結(jié) 論。Hoshino［7］，Hara Shoichi［18-19］等人基于典型受損船的阻力數(shù)據(jù)模擬漂移阻力;Hoshino［7］等人2004年采用約束型船模試驗(yàn)和數(shù)值模擬法研究了KVLCC船8種受損情況的漂移阻力。

為了在受損船研究上取得更好的成果，相關(guān)國(guó)家開展了合作研究。2001年希臘、英國(guó)、日本、荷蘭、德國(guó)5個(gè)國(guó)家聯(lián)合研究受損客滾裝船在波浪中傾覆機(jī)理。其中，3個(gè)國(guó)家采用切片理論法，另2個(gè)國(guó)家運(yùn)用三維面元法，主要研究在規(guī)則波和非規(guī)則波中的完整船和受損船的首搖、橫搖、縱搖情況，模型試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合度普遍不好［20］。

國(guó)外上述文獻(xiàn)大多針對(duì)受損的滾裝船等船型，采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)其受損船的動(dòng)穩(wěn)性、耐波性內(nèi)容進(jìn)行研究較多。對(duì)受損船水動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)主要采用運(yùn)用切片理論、三維面元法等解決船體水動(dòng)力以及運(yùn)用六自由度的非線性時(shí)域運(yùn)動(dòng)計(jì)算受損船運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，大多屬于勢(shì)流理論。由于粘性流方法應(yīng)用到船舶水動(dòng)力計(jì)算中，提高了船舶水動(dòng)力特別是操縱水動(dòng)力的數(shù)值預(yù)報(bào)精度。船舶粘性流CFD方法在獲得操縱運(yùn)動(dòng)船舶繞流場(chǎng)的流動(dòng)細(xì)節(jié)和預(yù)報(bào)操縱運(yùn)動(dòng)船體水動(dòng)力方面顯示出強(qiáng)大的能力。自20世紀(jì)末以來(lái)，通過求解RANS方程來(lái)求取船舶操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力的方法取得一定成就［21］。2008年在丹麥哥本哈根舉行了一次以檢驗(yàn)和驗(yàn)證各種操縱模擬方法為目的的國(guó)際研討會(huì) (Workshop on Verification and Validation of Ship Maneuvering Simulation Methods，SIMMAN 2008)。此次會(huì)議以KVLCC1/2，KCS，DTMB5415等4種船型為研究對(duì)象，通過與自由自航模試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行比較來(lái)驗(yàn)證當(dāng)前最新的船舶操縱性預(yù)報(bào)方法。這些最新報(bào)道表明，目前最先進(jìn)的船舶粘性流CFD技術(shù)已能成功模擬指定船舶操縱運(yùn)動(dòng)如Z形操縱運(yùn)動(dòng)、首搖和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)［22-23］。盡管粘性流方法求解完整船水動(dòng)力計(jì)算應(yīng)用廣泛，但應(yīng)用于受損船水動(dòng)力數(shù)值模擬仍少見。

總之，國(guó)外在受損船水動(dòng)力的研究主要集中在受損的破艙穩(wěn)性和耐波性研究上，而對(duì)受損船的操縱性研究較少，特別是受損船操縱運(yùn)動(dòng)粘性水動(dòng)力研究更少，并且大多數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度不是很理想。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)有許多學(xué)者對(duì)船舶水動(dòng)力的研究主要集中在完整船水動(dòng)力研究上，并且較多應(yīng)用CFD方法研究，且取得一系列成就，但總體上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后國(guó)際先進(jìn)水平［21］。對(duì)受損船水動(dòng)力研究較少，主要集中在破艙穩(wěn)性研究上，且基本與國(guó)際上研究保持同步。

國(guó)內(nèi)對(duì)于受損船操縱性、耐波性方面及其相關(guān)內(nèi)容的研究主要有:天津大學(xué)的紀(jì)凱、董艷秋［24］于1998年在研究滾裝船橫搖運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，考慮進(jìn)水與氣流耦合，利用修正的伯努利方程建立破艙模型，重點(diǎn)研究艙內(nèi)水和艙內(nèi)氣流的耦合對(duì)橫搖運(yùn)動(dòng)的影響。無(wú)錫702研究所的高秋新［25］2001年應(yīng)用RANS方程進(jìn)行了受損船舶的進(jìn)水模擬，使用流體體積法(Volume of Fluid，VOF)、兩方程湍流模型，給出了系列60以及受損Burgundy船的CFD模擬計(jì)算結(jié)果。哈爾濱工程大學(xué)的溫保華、聶武［26］2003年采用線性切片理論和多極展開法求解非對(duì)稱剖面的二維輻射和繞射流場(chǎng)，計(jì)算了受損船體非正浮狀態(tài)條件下的波浪載荷。華南理工大學(xué)的李遠(yuǎn)林［27］2004年選用實(shí)際在航貨船船型，運(yùn)用理論和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定非線性橫搖運(yùn)動(dòng)方程各系數(shù)，研究了隨機(jī)波浪和隨機(jī)風(fēng)中船舶的受損問題。哈爾濱工程大學(xué)的吳明遠(yuǎn)［28］2007年運(yùn)用MSC.PATRAN軟件實(shí)現(xiàn)受損船濕表面的劃分，應(yīng)用面元法、伯努利方程等理論計(jì)算了三維受損船船體表面的脈動(dòng)壓力響應(yīng)和剖面載荷響應(yīng)，對(duì)受損船波浪載荷極值分布給出短期預(yù)報(bào)。海軍工程大學(xué)的浦金云、張緯康［29］等2007年根據(jù)拉格朗日方程建立了具有淹水艙的艦船橫搖運(yùn)動(dòng)二自由度微分方程，并在此基礎(chǔ)上用Melnikov方法對(duì)某實(shí)船受損進(jìn)水后的橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了非線性分析。天津大學(xué)的郭顯杰［30］2007年利用勢(shì)流理論計(jì)算了1艘破艙船舶在規(guī)則斜浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。大連海事大學(xué)的趙為平、郭晨［31］2008年在對(duì)船舶對(duì)稱破艙分析的基礎(chǔ)上，采用槽型水艙理論建立了船舶破艙后橫搖的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)不同破艙水位和流動(dòng)阻尼情況下的船舶橫搖特性作了分析，給出了船舶破艙情況下系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定條件。武漢理工大學(xué)劉祖源教授及其領(lǐng)導(dǎo)的小組于2007～2011年對(duì)受損船水動(dòng)力性能進(jìn)行研究，主要運(yùn)用船舶穩(wěn)性理論、船舶粘性流CFD技術(shù)、勢(shì)流理論等分別研究了某油船船模破艙進(jìn)水前后的浮態(tài)、操縱性、耐波性，探討了受損船舶的水動(dòng)力學(xué)行為，分析了受損船舶水動(dòng)力性能的變化情況［32-33］。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

縱觀受損船水動(dòng)力的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以看出:

1)受損船水動(dòng)力研究國(guó)外領(lǐng)先。國(guó)內(nèi)外在受損船的動(dòng)穩(wěn)性上研究水平基本相當(dāng)，但在操縱性和耐波性研究方面水平相差很大，國(guó)外特別是歐洲國(guó)家走在前面。我國(guó)受損船水動(dòng)力研究水平和國(guó)際先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距。

2)受損船的操縱性研究很少。目前國(guó)外主要研究受損船的耐波性，對(duì)操縱性的研究遠(yuǎn)不如對(duì)受損船的破艙穩(wěn)性、耐波性等性能的研究。IMO“船舶操縱性暫行標(biāo)準(zhǔn)”(Interim Standards for Ship Maneuverability)和“船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)” (Standards for Ship Maneuverability)的頒布實(shí)施，使造船界對(duì)船舶操縱性越來(lái)越重視［28］。對(duì)完整船舶的操縱水動(dòng)力取得了很大的進(jìn)展，但對(duì)受損船操縱性研究極少。

3)試驗(yàn)與數(shù)值研究結(jié)果吻合度不好。國(guó)外在受損船水動(dòng)力研究方面大多采用模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，有的僅用試驗(yàn)研究，但由于破艙進(jìn)水及船舶運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，數(shù)值模擬的結(jié)果與部分船模試驗(yàn)結(jié)果吻合度較差。

4)CFD技術(shù)成為船舶水動(dòng)力研究的有效手段。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展及各種數(shù)值方法的成功開發(fā)和應(yīng)用，CFD這一流動(dòng)和熱傳輸問題的數(shù)值研究方法不斷發(fā)展，功能日趨強(qiáng)大，使基于CFD的數(shù)值計(jì)算方法逐漸成為和試驗(yàn)方法并駕齊驅(qū)的重要研究方法。CFD為船舶水動(dòng)力研究開辟一條新途徑，并和模型試驗(yàn)方法相輔相成，在船舶 (包括受損船)水動(dòng)力性能分析、預(yù)報(bào)和優(yōu)化的工程實(shí)際應(yīng)用中已發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用?；贑FD預(yù)報(bào)船舶操縱性方法的優(yōu)劣程度，可以根據(jù)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)評(píng)判。國(guó)際拖曳水池會(huì)議 (International towing tank conference，ITTC)操縱性技術(shù)委員會(huì)對(duì)目前各種操縱預(yù)報(bào)方法的有效性和經(jīng)濟(jì)性作了最新評(píng)估，基于RANS方程的粘性流方法、約束模試驗(yàn)的預(yù)報(bào)精度都較高，二者的經(jīng)濟(jì)性不相上下。但基于RANS粘性流方法具有自航模試驗(yàn)法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以修改模型參數(shù)和設(shè)置環(huán)境因素，且基本可以準(zhǔn)確捕捉復(fù)雜流動(dòng)形態(tài) (如舭渦等)，方便獲得流場(chǎng)的信息。

因此，隨著計(jì)算機(jī)能力的不斷增強(qiáng)，逐步成熟的CFD方法為受損船舶水動(dòng)力的計(jì)算提供更為有效的手段;并且RANS方法對(duì)船舶操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力粘性數(shù)值模擬也將變得容易，也是其他模型試驗(yàn)無(wú)法企及的。

盡管基于CFD和EFD方法研究受損船水動(dòng)力已得到重視，但由于受損船的復(fù)雜流場(chǎng)、破艙進(jìn)水方式及艙內(nèi)水流動(dòng)，都是非線性的，難以建立數(shù)學(xué)模型，給理論研究帶來(lái)困難，受損船水動(dòng)力特別是操縱水動(dòng)力的研究仍然存在許多困難及有待探索的地方。

3 結(jié)語(yǔ)

受損船水動(dòng)力性能研究成為船舶工程領(lǐng)域一個(gè)重要的前沿研究課題，目前國(guó)內(nèi)對(duì)此研究不多，希望投入更多經(jīng)費(fèi)，繼續(xù)有計(jì)劃、有組織地開展對(duì)受損船動(dòng)穩(wěn)性、操縱性、耐波性的深入研究。我們借鑒國(guó)外先進(jìn)的研究成果，走自主創(chuàng)新之路，使受損船水動(dòng)力研究盡快趕上世界先進(jìn)水平，進(jìn)一步完善受損船的破艙穩(wěn)性規(guī)范，積極探索受損船的破艙操縱性、破艙耐波性方面規(guī)范的研制，為船舶的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，為把我國(guó)建設(shè)成為世界第一造船大國(guó)、造船強(qiáng)國(guó)提供更多的技術(shù)支撐。

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