亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        水面艦船在風浪作用下的航行性能綜合評價方法研究

        2018-11-01 02:16:30周華偉肖海松
        船舶 2018年5期
        關(guān)鍵詞:風浪船型艦船

        周華偉 肖海松 何 秦 錢 浩

        (中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011)

        引 言

        大量案例表明,水面艦船在風浪中的航行性能與其在靜水中的航行性能有很大差別。然而,根據(jù)全球主要海域的海浪統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,三、四、五級海況發(fā)生的概率要遠大于一、二級海況。這表明,一艘水面艦船在全壽命周期作業(yè)任務內(nèi),遭遇三級及以上海況的概率要遠大于靜水中的概率。但是,當前我國的艦船設(shè)計常以靜水中的航行性能作為考核指標,而不夠重視風浪中的相關(guān)性能指標(如:快速性),這很容易造成設(shè)計的水面艦船在靜水中的航行性能優(yōu)良,而在風浪中的航行性能卻差強人意。因此,評價水面艦船航行性能的優(yōu)劣,不僅要包含靜水中的航行性能指標,還應包含風浪中的航行性能指標。

        另外,水面艦船在風浪中的航行性能包含的內(nèi)容多、相關(guān)因素多、相互關(guān)系復雜,如何在綜合考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上,構(gòu)建合理的評價方法,成為艦船設(shè)計人員必須研究和解決的一個重要問題。

        目前,國內(nèi)水面艦船在風浪中的航行性能綜合評價方法研究尚處于起步階段。楊寶璋[1](1991)對風浪中船舶性能對航速航向的影響進行了研究,以風浪中的航速、耐波性、穩(wěn)性、波浪載荷等為指標建立評價方程,對其航行性能進行評價,用于指民航行中的船舶合理選擇航向和航速。楊松林[2](2003)采用遺傳算法和模糊優(yōu)化方法,以靜水中快速性和操縱性為目標進行船型模糊綜合優(yōu)化并用于大型中速船的設(shè)計中。毛筱菲[3](2005)采用模糊綜合評價等方法對船舶耐波性、操縱性評價指標體系開展研究,建立了評價指標體系和評估方法。以上研究主要聚焦在艦船本身的快速性、耐波性、操縱性和穩(wěn)性底層指標之間如何分配權(quán)重進行綜合平衡,為水面艦船航行性能的綜合評價奠定了良好的基礎(chǔ)。但以上研究少有考慮風浪環(huán)境的影響,也少有反映各項航行性能是如何影響主要作業(yè)工況作業(yè)率的,其底層指標的權(quán)重系數(shù)分配也嚴重依賴樣本數(shù)量,難以和工程應用緊密結(jié)合。

        為此,本文在以上學者成果的基礎(chǔ)上,進一步引入主要作業(yè)工況作業(yè)率與各航行性能之間的關(guān)系,從提高水面艦船在風浪中作業(yè)率的角度入手,構(gòu)建水面艦船在風浪作用下的航行性能綜合評價方法和模型,可用于水面艦船實戰(zhàn)功效評價,從而為水面艦船方案論證提供技術(shù)支持。

        1 風浪環(huán)境特征及發(fā)生概率分析

        風浪環(huán)境特征及發(fā)生概率與水面艦船的航行性能密切相關(guān)。由于風浪環(huán)境是隨機發(fā)生的且各類風浪環(huán)境發(fā)生的概率不等,在進行艦船方案設(shè)計和評價時,如果采用最強的風浪環(huán)境特征作為輸入,就有可能造成設(shè)計方案過強、代價過高,甚至失敗。因此,在進行水面艦船航行性能綜合評價之前,有必要提前分析水面艦船各類任務工況所處的風浪環(huán)境特征及其發(fā)生概率,并將其作為水面艦船航行性能綜合評價的環(huán)境條件。

        1.1 風浪環(huán)境特征分析

        海洋波浪表面是隨機的、不規(guī)則的,且是隨時間變化的,不利于工程應用。工程上常采用傅里葉變換的方法將海浪的時間序列轉(zhuǎn)換到頻域,以有義波高和波浪周期組成的譜密度公式來表示風生浪數(shù)據(jù)。本文采用ITTC推薦的雙參數(shù)譜公式,如式(1)。

        式中:H1/3為有義波高,m;T1為特征周期,s。

        1.2 風浪發(fā)生概率分析

        特定海域的風生浪有義波高和特征周期是以一定的概率發(fā)生的。根據(jù)《艦船通用規(guī)范》(2000)(以下簡稱“通規(guī)”)第072.4.1.2.2條,將海況分為9個等級,本文以北太平洋為例,給出各浪級、譜峰周期及概率如下頁表1。

        2 主要作業(yè)工況及相關(guān)因素、衡準梳理

        評價水面艦船航行性能的優(yōu)劣需全面涵蓋其作業(yè)工況,即從艦船的各任務剖面入手,系統(tǒng)地評價風浪中的航行性能對每一項作業(yè)工況的影響。為便于研究,本文將水面艦船的作業(yè)工況簡單歸納為:航行、人員作業(yè)和裝備作業(yè),并認為三種作業(yè)工況作業(yè)效率的重要程度一樣。

        表1 北太平洋海浪年平均資料

        在各作業(yè)工況中,由于穩(wěn)性直接關(guān)系到艦船的安全性,必須首先考慮,且需滿足“通規(guī)”053.4的相關(guān)要求,否則意味著方案失敗,得分為0。通常,穩(wěn)性衡準主要包括初穩(wěn)性高和最大抗風等級兩方面,具體如下:

        (1)初穩(wěn)性高:GM>h,其中,GM為初穩(wěn)性高,h需根據(jù)“通規(guī)”053.4.1.1.2.1中的相關(guān)規(guī)定確定。

        (2)最大抗風等級:U1>U0,其中,U1為艦船所能承受的極限風速,U0需根據(jù)“通規(guī)”053.4.1.1.1.7中的相關(guān)規(guī)定確定。

        另外,與各作業(yè)工況相關(guān)的航行性能和衡準如表2所示。

        表2 作業(yè)工況、航行性能、衡準對應表

        3 綜合評價指標體系構(gòu)建

        從各指標對艦船的作業(yè)任務貢獻度出發(fā),本文將以上航向性能相關(guān)的指標分為三類:

        3.1 與艦船航行安全相關(guān)的指標

        這類指標直接關(guān)系到艦船的航行安全,必須優(yōu)先滿足。在此基礎(chǔ)上,才有必要進一步評價,主要包括:穩(wěn)性中的初穩(wěn)性高和最大抗風能力指標。

        由于這類指標往往與其他指標的影響方向相反(如初穩(wěn)性高增大,會造成搖擺周期減小以及搖擺幅度增大),因此,這類指標應控制在合理范圍內(nèi),而非越大越好。

        另外,由于目前風浪中的穩(wěn)性理論計算方法還未在工程上成熟應用,本文僅考慮 “通規(guī)”中的靜水穩(wěn)性高和風浪中的最大抗風能力指標。

        3.2 研制總要求明確規(guī)定的指標

        這類指標也必須優(yōu)先滿足,否則,意味著方案失敗。包括:靜水中的最大航速、操縱性等。這類指標應控制在合理范圍內(nèi),并不是越大越好。

        另外,由于目前風浪中的操縱性理論計算方法尚未成熟,本文僅考慮靜水中的操縱性指標。

        3.3 與作業(yè)效率相關(guān)的指標

        這類指標直接影響艦船的各類作業(yè)效率,是衡量艦船設(shè)計方案優(yōu)劣的重要指標。包括:風浪中的期望航速百分數(shù)、人員可作業(yè)率、裝備可作業(yè)率等。在滿足排水量、主尺度等邊界條件下,且滿足第一、二類指標衡準的基礎(chǔ)上,這類指標越大代表方案越好,評分越高。

        基于以上分析,本文采用層次分析法,構(gòu)建了水面艦船在風浪作用下的航行性能評價指標體系,如圖1所示。

        圖1 水面艦船在風浪中的航行性能評價指標體系圖

        4 綜合評價目標函數(shù)構(gòu)建及計算方法

        4.1 綜合評價流程

        由于安全航行和研制總要求中的指標必須優(yōu)先滿足,本文的水面艦船在風浪中的航行性能綜合評價流程分兩步完成:

        第一步安全航行和研制總要求中的指標校核

        主要是采用數(shù)值計算或模型試驗的方法獲得各底層指標值,再與“通規(guī)”中的衡準值和研制總要求中的指標作對比,僅需滿足即可,不參與評分。

        第二步可作業(yè)率計算及綜合評價

        主要是根據(jù)數(shù)值計算或模型試驗的結(jié)果,計算航行、人員和裝備的可作業(yè)率,再進行加權(quán)求和。求得的值越大,代表方案越優(yōu)。

        4.2 綜合評價目標函數(shù)構(gòu)建

        在第二步中,本文采用的綜合評價目標函數(shù)如式(2):

        式中:F1、F2和F3分別代表各浪級、航速、浪向下航行作業(yè)綜合評價值、人員作業(yè)的綜合評價值和裝備作業(yè)綜合評價值;w1,w2和w3分別為F1、F2和F3的權(quán)重系數(shù)。

        4.3 各子函數(shù)計算方法

        對于水面艦船在風浪中的航行工況,其航行作業(yè)綜合評價值可用期望航速百分數(shù)表示[5-6],公式如式(3):

        式中:V0max代表靜水中的最大航速,kn;Hi(i=1,…,9)代表1~9級海況的波高,m;Phi代表北太平洋各浪級概率,詳見表1;θk(k=1,…,N)代表 0°~180°相對浪向,間隔 180°/(N-1),Pθk代表各浪向概率 ;Vhmax(Hi,θk)代表有義波高Hi、相對浪向θk工況下滿足安全航行衡準的期望航速。

        對于人員、裝備作業(yè)工況,水面艦船的人員、裝備作業(yè)綜合評價值可用期望作業(yè)百分數(shù)表示,公式如式(4):

        式中:Vj(j=1,……,M)為艦船M個航速,kn;Pvj為 代 表 各 航 速 概 率 ;f2(Hi,Vj,θk)、f3(Hi,Vj,θk)分別代表有義波高Hi、相對浪向θk、航速Vj工況下的人員、裝備可作業(yè)值。當數(shù)值計算或模型試驗給出的底層指標滿足“通規(guī)”的衡準值,則f2與f3取1,否則取0。

        5 評價實例

        為了驗證以上方法的正確性和可行性,本文以三型5000噸級的不同船型為評估對象,分別為折角船型S1、圓舭船型S2和肥大船型S3,對其在北太平洋海域的航行性能進行預報,并針對航行、人員、裝備作業(yè)進行綜合評價。其中,各船型的主尺度見表3,橫剖面圖見圖2 -圖4,北太平洋各級波高、周期出現(xiàn)的概率見表1,并假定各航速、相對浪向等概率分布,可根據(jù)實際操船情況調(diào)整。

        表3 船型主尺度

        圖2 折角船型S 1橫剖面圖

        圖3 圓舭船型S 2橫剖面圖

        圖4 肥大船型S 3橫剖面圖

        假定S1、S2、S3三個船型在靜水中的最大航速均為20 kn,本文采用耐波性切片法計算了各船型在不同海況、浪向、航速組合下的艦船運動,其中,三、四、五級海況的底層指標見表4 -表6。

        從表4 -表6可以看出,在三、四、五級海況下,折角船型S1的橫搖、縱搖和垂蕩幅值均小于圓舭船型S2和肥大船型S3。這表明,從底層指標上可以直接判斷出折角船型S1的運動性能要優(yōu)于圓舭船型S2和肥大船型S3。但對比圓舭船型S2和肥大船型S3發(fā)現(xiàn),圓舭船型S2的橫搖幅值均比肥大船型S3大,但縱搖和垂蕩值均比肥大船型S3小,即:從底層指標上無法直接判斷出圓舭船型S2和肥大船型S3的性能優(yōu)劣,需借助本文的綜合評價方法進行評判。

        表4 三級海況下底層指標對比

        表5 四級海況下底層指標對比

        表6 五級海況下底層指標對比

        根據(jù)表2中給出的“通規(guī)”中航行、人員和裝備(以直升機為例)作業(yè)衡準值,本文計算了S1、S2、S3三個船型的航行、人員、裝備作業(yè)評價值及綜合評價值,評價結(jié)果詳見表7。這表明,折角船型S1的航行、人員、裝備作業(yè)評價值及綜合評價值均比圓舭船型S2和肥大船型S3的對應值大,與底層指標反應的情況一致。另外,圓舭船型S2的綜合評價值大于肥大船型S3,主要是由于肥大船型S3在高海況下的垂向加速度幅值較大,造成人員作業(yè)的評價值較低。

        表7 綜合評價值對比%

        6 結(jié) 論

        本文構(gòu)建了水面艦船在風浪作用下的航行性能綜合評價方法,主要是:

        (1)結(jié)合作業(yè)工況,分析穩(wěn)性、快速性、耐波性和操縱性四個方面的底層指標對作業(yè)任務能力的影響方面,構(gòu)建包含航行安全和作業(yè)效率的指標體系;

        (2)將評價流程分為安全校核和作業(yè)效率評價兩方面,從工程應用的角度把各項底層指標耦合在一起;

        (3)引入耐波性理論中的作業(yè)百分數(shù),結(jié)合“通規(guī)”中的衡準,計算風浪作業(yè)下的期望航速百分數(shù)、人員作業(yè)百分數(shù)和裝備作業(yè)百分數(shù), 并構(gòu)建目標函數(shù)評價水面艦船在風浪作用下的綜合航行性能。

        在此基礎(chǔ)上,選取折角、圓舭和肥大船型為典型算例,評價結(jié)論如下:

        (1)折角船型比圓舭和肥大船型的綜合評價值及各分項評價值均高,且與底層指標反應的結(jié)果一致,驗證了本文方法的正確性。

        (2)圓舭船型比肥大船型綜合評價值高,主要是由于肥大船型在高海況下的垂向加速度幅值較大,造成人員作業(yè)的評價值較低。

        猜你喜歡
        風浪船型艦船
        坐在同一條船上
        艦船通信中的噪聲消除研究
        風浪干擾條件下艦船航向保持非線性控制系統(tǒng)
        艦船測風傳感器安裝位置數(shù)值仿真
        不怕風浪的小船
        East Side Story
        艦船腐蝕預防與控制系統(tǒng)工程
        中國古代著名的海船船型
        ——福船
        中國古代著名的海船船型—廣船
        Anti-ageing effects of a new Dimethylaminoethanol-based formulation on DGalactose induced skin ageing model of rat
        一国产区在线观看| 亚洲中文字幕国产视频| 亚洲av中文无码乱人伦在线咪咕| 国产在线一区二区三区av| 久久久亚洲欧洲日产国产成人无码| 亚洲高清一区二区三区视频| 99久久国产精品免费热| 国产精品成人黄色大片| 亚洲av色图一区二区三区| 公和我做好爽添厨房中文字幕| 又黄又爽又高潮免费毛片| 国产精品反差婊在线观看| 亚洲av一区二区在线| 伊人久久大香线蕉av色婷婷色| 在线永久免费观看黄网站| 亚洲欧洲综合有码无码| 国产专区亚洲专区久久| 国产卡一卡二卡3卡4乱码| 日本在线观看| AV在线毛片| 日本一级二级三级不卡| 久久久久久亚洲av无码蜜芽| 精品手机在线视频| 一道本中文字幕在线播放| 亚洲av无码专区国产乱码4se| 日本一卡2卡3卡四卡精品网站| 成人午夜无人区一区二区| 亚洲中文字幕一区av| 99热在线观看| 国产日韩成人内射视频| 少妇特殊按摩高潮不断| 久久伊人最新网址视频| 欧洲freexxxx性少妇播放| 国产91对白在线观看| 日韩av一区二区不卡在线| 国产精品亚洲lv粉色| 一本一道波多野结衣一区| 国产精品自线在线播放| 国产一区二区三区色哟哟| 琪琪的色原网站| 欧美日韩国产成人综合在线影院|