基于多尺度法的船舶横摇运动特性分析

李敏，曹乐，沈颉

（201620 上海市 上海工程技术大学 电子电气工程学院）

0 引言

船舶在航行过程中会受波浪等因素影响引发大幅横摇运动[1]，导致船上人员无法正常作业甚至造成倾覆事故，带来严重的经济损失[2]，准确分析和预测船舶横摇运动状态具有重要的理论和现实意义，也吸引了众多学者的广泛关注。Oh[3]等人采用纵摇与横摇运动耦合的方法研究参数横摇现象。研究发现，当波浪频率为船舶横摇固有频率的2 倍时，最易发生参数横摇共振现象。同时，当波浪频率接近船舶横摇固有频率时将会引起较大的横摇幅度，使船舶陷入不稳定状态[4-5]；Obreja[6]等人建立了一类垂荡、横摇和纵摇的耦合方程，系统分析了参数横摇现象。其中，平均非线性方法的发展和应用增大了预测船舶参数横摇的可能性，为船舶的运动分析和结构设计提供了实用价值。现有数值仿真工具[7-8]可根据工况下对应的参数直接预测并模拟船舶的运动状态，判断其是否处于参数横摇状态。

船舶稳定性是指其在静水和波浪中保持垂直漂浮位置的能力，也是船舶结构最基本的性能之一，保证了船舶航行过程中的安全性能[9]。Moideen[10]等人分析了Mathieu 不稳定图谱与船舶参量之间的关系，给出不同航速下船舶稳定的判断条件，并对常规波下的初稳心高度进行了估算；Himeno[11]分析了阻尼对参数横摇运动的影响，指出阻尼越大越不容易发生横摇运动；戎海武[12]等人应用改进的变形参数法对Mathieu 方程边界值进行求解，但精度仍需进一步提高；……