本發(fā)明涉及船舶，特別涉及一種波浪中敞口箱船開敞貨艙上浪量模型試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易格局變化，敞口箱船需求大增。海事組織和船級(jí)社規(guī)定敞口箱船需考慮開敞貨艙上浪量影響。過去，敞口箱船開敞貨艙上浪量模型試驗(yàn)多被國外水池占據(jù)。2020年起，國內(nèi)兩家水池科研機(jī)構(gòu)，開始為大型敞口船舶模型試驗(yàn)提供支持。

2、獲得開敞貨艙上浪量的現(xiàn)有技術(shù)包括數(shù)值模擬技術(shù)和物理模型試驗(yàn)技術(shù)。數(shù)值模擬技術(shù)包括計(jì)算流體力學(xué)（cfd）和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；物理模型試驗(yàn)技術(shù)包括波浪水池試驗(yàn)和海上實(shí)船試驗(yàn)。計(jì)算流體力學(xué)（cfd）是利用專業(yè)軟件構(gòu)建船舶與波浪的數(shù)字模型，模擬上浪過程。經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算是依據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際航行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)公式，估算上浪量。海上實(shí)船試驗(yàn)是在實(shí)船上安裝測量設(shè)備，記錄航行時(shí)的上浪量。波浪水池試驗(yàn)是在水池內(nèi)按比例制作船模，用造波機(jī)模擬不同海況，通過壓力傳感器、流量計(jì)等設(shè)備測量上浪量。

3、計(jì)算流體力學(xué)（cfd）技術(shù)，模型準(zhǔn)確率依賴于合理假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)公式，對復(fù)雜波浪現(xiàn)象模擬能力有限，難以準(zhǔn)確捕捉動(dòng)態(tài)變化。

4、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算技術(shù)，適用范圍窄，通常是基于特定的船型、海況和試驗(yàn)條件得出的，計(jì)算精度顯著下降。

5、海上實(shí)船試驗(yàn)技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)高，惡劣海況對船舶、人員和設(shè)備安全造成威脅，且成本高昂。

6、波浪水池試驗(yàn)技術(shù)，由于國內(nèi)水池起步較晚，對于如何準(zhǔn)確模擬環(huán)境條件如海浪及航速、如何真實(shí)構(gòu)建實(shí)船的結(jié)構(gòu)特征、如何充分考核船舶實(shí)際運(yùn)營的縱傾及重心范圍、如何設(shè)計(jì)試驗(yàn)流程等問題，不能準(zhǔn)確把握。試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性很難保證。為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)常常出現(xiàn)試驗(yàn)工況過多，成本高、效率低的問題；出現(xiàn)試驗(yàn)對象、工況模擬過于保守，影響船舶經(jīng)濟(jì)性的問題。試驗(yàn)期間，不能及時(shí)采取合理措施，導(dǎo)致增加試驗(yàn)次數(shù)，拖延設(shè)計(jì)和建造周期等問題。

7、論文“核定敞口集裝箱船干舷的甲板上浪評估方法研究”（作者孫安林等，中國造船第60卷，第3期（總第231期））公開了核定敞口集裝箱船干舷的甲板上浪評估方法研究。該現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

8、該現(xiàn)有技術(shù)提出“剩余5個(gè)敞口貨艙，采用柔性防水材料進(jìn)行覆蓋，以便用于盛接上浪進(jìn)水導(dǎo)致的積水”，其存在對象模擬偏保守的問題，無法提高船舶的經(jīng)濟(jì)性。

9、論文“dnv?gl新規(guī)范對敞口多用途船總體設(shè)計(jì)的影響及減少上浪的措施”（作者何新宇等，船舶，2021年第3期，總第192期）公開了對敞口多用途船總體設(shè)計(jì)要求的研究。該現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

10、第一，該現(xiàn)有技術(shù)提出“在所有浪向下船舶gm選取在橫浪中使橫搖周期與譜峰周期發(fā)生共振所對應(yīng)的gm值，如果共振對應(yīng)的gm值超過船舶極限gm曲線的最大值，可選取極限gm曲線的最大值。結(jié)果較差的3個(gè)浪向，再取極限gm曲線的最大值”；其存在初穩(wěn)心高取值方法帶來試驗(yàn)結(jié)果偏安全的問題。

11、第二，該現(xiàn)有技術(shù)提出“在所有浪向下進(jìn)行上浪進(jìn)水量測量，每個(gè)工況1h，再在結(jié)果較差的3個(gè)浪向進(jìn)行重復(fù)測量，附加縱傾值需要增加到敞口耐波性模型試驗(yàn)中”。其存在8個(gè)水平縱傾試驗(yàn)工況可能還要疊加8個(gè)附加縱傾試驗(yàn)工況帶來的試驗(yàn)工況多、試驗(yàn)時(shí)間長的問題。

12、上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種波浪中敞口箱船開敞貨艙上浪量模型試驗(yàn)方法。

2、本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

3、一種波浪中敞口箱船開敞貨艙上浪量模型試驗(yàn)方法，其包括：

4、步驟1，對試驗(yàn)環(huán)境條件和試驗(yàn)對象進(jìn)行模擬；

5、步驟2，進(jìn)行試驗(yàn)，包括進(jìn)行初步試驗(yàn)和基礎(chǔ)試驗(yàn)；

6、進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的配載方案包括第一種配載方案和第二種配載方案；

7、第一種配載方案包括敞口航行最深吃水t1、水平縱傾tr1和初穩(wěn)心高極限曲線上敞口最深吃水對應(yīng)的初穩(wěn)心高值gm1的組合；

8、第二種配載方案包括敞口航行最深吃水t1、水平縱傾tr1和初穩(wěn)心高gm2的組合，gm2為實(shí)船橫搖周期與譜峰周期發(fā)生共振所對應(yīng)的初穩(wěn)心高值；如共振初穩(wěn)心高值大于初穩(wěn)心高極限曲線上的最大初穩(wěn)心高值gm3或?qū)嵈谧钌畛运b載工況對應(yīng)的最大初穩(wěn)心高值gm4，則在gm3和gm4中選取一個(gè)作為gm2；

9、初步試驗(yàn)包括：船模調(diào)試至第一種配載方案，開敞貨艙內(nèi)均不布置集裝箱，確立初步試驗(yàn)工況，分別測量在全部初步試驗(yàn)工況中打入船模的每個(gè)開敞貨艙的進(jìn)水量，確定迎浪、艏斜浪、橫浪、艉斜浪、隨浪五個(gè)浪向各自最不利貨艙；

10、基礎(chǔ)試驗(yàn)包括：確立基礎(chǔ)試驗(yàn)工況，開敞貨艙內(nèi)集裝箱布置根據(jù)浪向變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整，任一浪向下，由初步試驗(yàn)獲得的該浪向最不利貨艙模擬為無集裝箱，其他開敞貨艙完全滿載高出露天甲板的集裝箱，船模分別調(diào)試至第一種配載方案和第二種配載方案，分別測量在全部基礎(chǔ)試驗(yàn)工況下打入船模的每個(gè)開敞貨艙的進(jìn)水量，確定最不利浪向和開敞貨艙最大每小時(shí)進(jìn)水高度；

11、步驟3，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估。

12、進(jìn)一步地，步驟1中，對試驗(yàn)環(huán)境條件的模擬包括模擬海浪譜和模擬浪向，對試驗(yàn)對象的模擬包括確定用于模擬實(shí)船的船模、確定各試驗(yàn)工況對應(yīng)的船模配載方案并調(diào)試、確定試驗(yàn)航速；確定各試驗(yàn)工況對應(yīng)的船模配載方案包括：確定各試驗(yàn)工況對應(yīng)的配載方案的吃水、縱傾、初穩(wěn)心高、縱向慣性矩和橫向慣性矩、橫搖固有周期、衰減系數(shù)。

13、進(jìn)一步地，步驟1中，船模能夠采用備用槳和備用舵代替設(shè)計(jì)槳和設(shè)計(jì)舵。

14、進(jìn)一步地，步驟2中，當(dāng)實(shí)船固有橫搖周期為2倍遭遇周期時(shí)，在艉斜浪、隨浪工況下，提高最小操縱航速1或2kn，確定靜水中該航速對應(yīng)的螺旋槳轉(zhuǎn)速ns1，以螺旋槳轉(zhuǎn)速ns1進(jìn)行試驗(yàn)。

15、進(jìn)一步地，步驟2中，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的配載方案包括第三種配載方案；第三種配載方案包括敞口航行最深吃水t1、附加縱傾tr2和初穩(wěn)心高極限曲線上敞口最深吃水對應(yīng)的初穩(wěn)心高值gm1的組合。

16、進(jìn)一步地，步驟2中，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的配載方案包括第四種配載方案；第四種配載方案包括敞口航行最深吃水t1、附加縱傾tr2和初穩(wěn)心高gm2的組合，gm2為實(shí)船橫搖周期與譜峰周期發(fā)生共振所對應(yīng)的初穩(wěn)心高值；如共振初穩(wěn)心高值大于初穩(wěn)心高極限曲線上的最大初穩(wěn)心高值gm3或?qū)嵈谧钌畛运b載工況對應(yīng)的最大初穩(wěn)心高值gm4，則在gm3和gm4中選取一個(gè)作為gm2。

17、進(jìn)一步地，步驟2中，進(jìn)行試驗(yàn)還包括進(jìn)行附加試驗(yàn)；確立附加試驗(yàn)工況；進(jìn)行附加試驗(yàn)時(shí)，船模調(diào)試至第三種配載方案，按照基礎(chǔ)試驗(yàn)的方式布置集裝箱，在由基礎(chǔ)試驗(yàn)獲得的最不利浪向中開展附加試驗(yàn)，附加試驗(yàn)的要求與基礎(chǔ)試驗(yàn)的要求一致；隨后，船模調(diào)試至第四種配載方案，按第三種配載方案下的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

18、進(jìn)一步地，步驟3中，評估包括：與評估標(biāo)準(zhǔn)對比，以及超出評估標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用的應(yīng)對措施。

19、進(jìn)一步地，評估標(biāo)準(zhǔn)為試驗(yàn)所測得的任一開敞貨艙的最大每小時(shí)進(jìn)水高度應(yīng)不超過各航區(qū)規(guī)定的最大允許值。

20、進(jìn)一步地，超出評估標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用的應(yīng)對措施包括：優(yōu)先進(jìn)行較為不利的浪向的試驗(yàn)工況，對于超出評估標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)工況，采用增加模擬堆放在貨艙艙口圍板上或露天甲板上的貨艙蓋，作為減少水打進(jìn)空貨艙的附加措施，重復(fù)步驟2進(jìn)行試驗(yàn)。

21、本發(fā)明的有益效果在于：

22、本發(fā)明方法可模擬復(fù)雜波浪現(xiàn)象，能準(zhǔn)確捕捉動(dòng)態(tài)變化。本發(fā)明方法適用范圍廣，可適用于所有航區(qū)的敞口箱船，模擬各種航區(qū)海況的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)情況，試驗(yàn)結(jié)果精度高。本發(fā)明方法可規(guī)避海上實(shí)船試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高的問題，避免惡劣海況對船舶、人員和設(shè)備安全造成威脅，降低成本。

23、本發(fā)明方法確立初步試驗(yàn)、基礎(chǔ)試驗(yàn)、附加試驗(yàn)各試驗(yàn)工況下船模的配載方法，給出吃水、縱傾、初穩(wěn)心高、縱向慣性矩和橫向慣性矩、橫搖固有周期、衰減系數(shù)等參數(shù)的確定方法。

24、本發(fā)明采用“gm1?為初穩(wěn)心高極限曲線上敞口最深吃水對應(yīng)的初穩(wěn)心高值；gm2為實(shí)船橫搖周期與譜峰周期發(fā)生共振所對應(yīng)的初穩(wěn)心高值；如共振初穩(wěn)心高值大于初穩(wěn)心高極限曲線上的最大初穩(wěn)心高值gm3或?qū)嵈谧钌畛运b載工況對應(yīng)的最大初穩(wěn)心高值gm4，則在gm3和gm4中選取一個(gè)作為gm2”的技術(shù)特征，gm1、gm4充分考慮實(shí)船運(yùn)營裝載輕、重質(zhì)貨物初穩(wěn)心高的變化區(qū)間，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的初穩(wěn)心高取值方法帶來試驗(yàn)結(jié)果偏安全的問題，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

25、本發(fā)明采用“通過初步試驗(yàn)獲得迎浪、艏斜浪、橫浪、艉斜浪、隨浪五個(gè)浪向各自最不利貨艙，各試驗(yàn)工況、各開敞貨艙內(nèi)集裝箱布置根據(jù)浪向變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整”的技術(shù)特征，該開敞貨艙集裝箱布置方法充分考慮船舶實(shí)際運(yùn)營的裝載需求，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的試驗(yàn)對象模擬偏保守的問題，提高船舶的經(jīng)濟(jì)性。

26、本發(fā)明采用“基礎(chǔ)試驗(yàn)工況先在所有浪向下，再在橫浪中進(jìn)行試驗(yàn)，附加試驗(yàn)工況在基礎(chǔ)試驗(yàn)獲得的最不利浪向中進(jìn)行試驗(yàn)”的技術(shù)特征，6個(gè)基礎(chǔ)試驗(yàn)工況和2個(gè)附加試驗(yàn)工況充分考核最不利浪向、最不利浪向和最不利船模配載疊加的影響，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的8個(gè)水平縱傾試驗(yàn)工況可能還要疊加8個(gè)附加縱傾試驗(yàn)工況帶來的試驗(yàn)工況多、試驗(yàn)時(shí)間長的問題，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高試驗(yàn)效率。

27、本發(fā)明方法提供船舶開敞貨艙上浪量評估為不合理時(shí)采取的應(yīng)對措施，保障試驗(yàn)順利完成。