舰船大尺度模型耐波性试验海浪相似性分析
第４０卷第１期２０１９年１月
哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．４０№．１Ｊａｎ．２０１９
舰船大尺度模型耐波性试验海浪相似性分析
焦甲龙１
，陈超核１
，任慧龙２
，孙树政２
，李积德
２
（１．华南理工大学土木与交通学院，广东广州５１０６４１；２．哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘 要：为了研究实际海浪环境中舰船大尺度模型试验海况的相似性，本文选取了不规则波海况的有义波高、特征周期和波能谱型为代表，基于某沿海海浪的大量统计数据分析了近岸海浪与远洋海浪的相似关系，并提出了大尺度模型试验海况选取原则及方法。研究表明，通过合理设计和选取模型缩尺、试验海域位置、气候季节、天气状况等条件，可保证模型试验海况与实船海况的相似性，从而论证了在真实海况下开展大尺度模型耐波性试验的可行性和科学合理性。
关键词：大尺度模型试验；耐波性试验；近岸海浪；远洋海浪；有义波高；特征周期；重现概率；海浪相似性ＤＯＩ：１０．１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１８０５１０９
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．ｕ．２０１８１２１０．０６１４．００８．ｈｔｍｌ中图分类号：Ｕ６６１．７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７０４３（２０１９）０１－０２１７－１０
Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅａｗａｖｅｓｆｏｒｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｓｈｉｐｍｏｄｅｌ
ｓｅａｋｅｅｐｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＪＩＡＯＪｉａｌｏｎｇ１
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，ＳＵＮＳｈｕｚｈｅｎｇ２
，ＬＩＪｉｄｅ
２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｏｃｅａｎｗａｖｅｓｆｏｒｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｓｅａｋｅｅｐｉｎｇｍｅａｓｕｒｅ－ｍｅｎｔｉｎｃｏａｓｔａｌｚｏｎｅｓｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｆｏｒｔｈｉｓｐｕｒｐｏｓｅ，ｗｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｗａｖｅｈｅｉｇｈｔ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｅｒｉ－ｏｄ，ａｎｄｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｃｏａｓｔａｌｗａｖｅｓａｔｍｏｄｅｌｓｃａｌｅａｎｄｐｅｌａｇｉｃｏｃｅａｎｗａｖｅｓａｔｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ．Ｗｅａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅａｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｆｏｒｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｗａｖｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅｗａｖｅｓｉｎｃｏａｓｔａｌａｒｅａｓｃａｎｂｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄａｔｍｏｄｅｌｓｃａｌｅｂｙｐｒｏｐｅｒｌｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｓｃａｌｉｎｇ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅａａｒｅａ，ｃｌｉｍａｔｅ，ａｎｄｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｓｅａｋｅｅｐｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎａｃｔｕａｌｓｅａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｔｒｉａｌ；ｓｅａｋｅｅｐｉｎｇｔｅｓｔ；ｃｏａｓｔａｌｗａｖｅｓ；ｐｅｌａｇｉｃｏｃｅａｎｗａｖｅｓ；ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｗａｖｅｈｅｉｇｈｔ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｅｒｉｏｄ；ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ；ｗａｖｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ收稿日期：２０１８－０５－２７．网络出版日期：２０１８－１２－１１．基金项目：国家自然科学基金项目（５１６７９０４９）；中国博士后科学基金
项目（２０１７Ｍ６２２６９６）．
作者简介：焦甲龙，男，讲师，博士后；
陈超核，男，教授，博士生导师．通信作者：焦甲龙，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｏｊｌ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．
航行于真实海洋环境中船舶的耐波性一直是造船界关注的热点话题。绝大多数船舶耐波性试验都
是在水池环境开展的［１］
。从Ｆｒｏｕｄｅ建立了世上第一个船模水池以来，绝大多数船舶耐波性试验都是在水池环境中开展的，但水池试验难以真实地反映
出实船海上航行时的水动力性能［２］
。实船海试虽真实可靠，但其实施成本高、周期长、危险性大、测试工况受限，使得其不能广泛应用于科学研究领
域［３］
。有学者提出了大尺度模型试验技术，该技术
综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优点，例如尺度效应弱、风浪环境真实、模型测试范围开阔等［４－６］。Ｇｒｉｇｏｒｏｐｏｕｌｏｓ等［４］率先在近岸海区中开展
了某巡洋舰大尺度模型的耐波性试验。Ｓｕｎ等［５］
开展了２个约７ｍ长的舰船大尺度模型耐波性试验。
Ｊｉａｏ等［６］
开展了１２ｍ长的大尺度分段模型水弹性海上试验。保证模型遭遇海浪与实船海浪的相似性是模型耐波性试验的必要前提条件。然而，自然海况是不可控的，海浪的波高与周期分布及谱形等参数具有很强的随机性。因此，大尺度模型试验海域海浪能否模拟和重现实船海况是该试验技术科学合
理性的重要量度指标［７］。孙慧等［８］
研究了近岸与
万方数据