不规则岸壁效应计算方法分析

摘 要：对船舶航行时所受的不规则岸壁效应进行研究并建立准确的数学模型，有助于提高船舶操纵模拟器的精度。本文对比利时根特大学提出的计算船岸相互作用的数学模型进行了介绍和分析，可供国内学者在该领域的研究借鉴。

关键词：不规则 岸壁效应 船舶运动 数学模型

船舶运动数学模型是船舶操纵模拟器的核心，而要建立精确的运动数学模型，对船舶航行时所受到的岸壁效应进行准确分析必不可少。目前，学者对岸壁效进行研究时基本都把岸壁进行理想化处理，即把岸壁考虑为规则的平面，这就必然导致研究结果与实际情况存在一定差距。因此，分析不规则岸壁所产生的岸壁效应，对提高船舶操纵模拟器的精度具有重要意义。

2 0 0 8年比利时根特大学的LATAIRE等人通过一系列的船模拖拽试验，研究了不规则岸壁对船舶运动的影响，在此基础上提出了计算船岸相互作用纵向力、横向力和转首力矩的数学模型。本文对该模型进行介绍、分析，希望能对国内学者在该领域的研究有所借鉴。

1.岸壁效应简介

当船舶在宽度受到限制的航道内航行时，船舶两侧和岸壁之间的水流加速、压力降低，从而产生使船体横向偏移的作用力以及使船首转向的转首力矩。若船舶偏离航道中线而靠近一侧岸壁航行时，靠近一侧岸壁的影响大于偏离一侧岸壁的影响，在岸吸力和岸推力矩的作用下，出现船舶整体向靠近岸壁一侧偏移，同时船首向航道中央偏转的现象，这种现象就叫做岸壁效应。

等效阻塞比考虑了船舶位置和速度的影响，在航道宽度为X水深为Y的航道与宽度为Y水深为X的航道内阻塞比不同，当船舶航行在只有一侧有岸壁影响的水域时其阻塞比将不等于0。

（4）船舶到岸壁距离d2b

在过去，船舶到岸壁的距离一般取船舶一半吃水处或其他离散位置到岸壁的距离，这种取值对于选取位置处距岸壁距离敏感性过高，且忽略了岸壁形状的影响。为此，一种鲁棒性更强、更能反映整个水深和岸壁形状的船舶到岸壁距离定义为：

3.数学模型的局限性

① 该模型不适用于搁浅或触碰岸壁等极端情况，也不适用于阻塞比非常高和距离岸壁非常近的情况。

②模型适用的限制条件是Xp或Xs小于0.45Xship，即

[Xp/s/（0.5・Xship）]min= 0.90

③模型只在船舶前进速度为正且螺旋桨转速为正条件下适用。

④由于高速航行时船舶纵倾的变化，模型只有在船速低于0.84倍临界速度时适用，即

Frh

其中Frcrit是传统阻塞比m的函数：

Frcrit={2sin[sin-1・（1-m）/3]} 3/2

参考文献：

[1]王飞龙.双向通航最优会船距离研究：（硕士学位论文）.大连：大连海事大学，2012.

[2]洪碧光.船舶操纵.大连：大连海事大学出版社，2008.

[3]E Lataire， M Vantorre. Ship-Bank Interaction Induced by Irregular Bank Geometries. 27th Symposium on Naval Hydrodynamics， Seoul， Korea， 2008.