表面波引起的水底压力脉动

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1、交通科学武汉理工大学学报&第!"卷第#期与工程版’@).A!"B)A#!$$%年!月()*+,-.)/0*1-,2,345+6378)/95:1,).);8C5DA!$$%&9+-,6<)+7-73),=:35,:5>?,;3,55+3,;’表面波引起的水底压力脉动E张万平#’张志宏!’顾建农!’王家楣#’#’武汉GI$$JI’&海军工程大学!’武汉GI$$II’&武汉理工大学交通学院摘要F依据研制的表面波和水底压力联合测量系统H对舰船兴波K规则波K非规则波和舰船在波浪中航行的水面波形以及它们在水底引起的压力脉动进行了测量H初步分析了表面波与水底压力脉动之间的关系A实验结果表明H规则波与水底压

2、力变化曲线峰谷对应H规则波引起的水底压力脉动与理论计算结果一致L非规则波在水底引起的压力变化频率降低K周期变长H两者之间的峰谷对应并非完全一致L亚临界航速条件下舰船兴波波形与水底压力曲线之间的对应关系差别较大H而跨临界或超临界航速条件下则有所改善A关键词F舰船兴波L规则波L非规则波L压力脉动中图法分类号F2JJ#A#规则波在水底引起的压力变化可通过下$引言D式计算A舰船航行和波浪运动均会引起水底压力脉]Z^]ZbDU:)6&Y_‘Xa’U&!’:)61&YT’:)61&YT’动H有关表面波作用下的水底动态响应问题已越式中FXU!cdVWLYU!cd[L^为波幅L]为流体密来越引起人们的重视

3、M#NIOA获取表面波浪要素与度LZ为重力加速度Lb为波浪水面变化A水底压力的定量关系H重要途径之一是通过实验通过浪高仪和压力传感器记录的规则波水位方法确定A文中依据研制的表面波浪P水底压力测变化和水底压力变化如图#所示A量系统MGOH对舰船兴波K规则波K非规则波K舰船在波浪中航行时的表面波形以及它们在水底引起的压力脉动进行了测量和分析A#波浪引起的水底压力变化特征QAQ规则波水压场实验在武汉理工大学交通学院拖曳船池中进行H水池长#$RSH宽#$ARSH水深$N!A#SH可图#波面与压力曲线调A该船池采用摇板造波机造波AWVU!AIeSL[URA$!S实验水深TU!A$SH根据实测的波浪曲线可

4、波浪平均周期VWU!AIeSH根据式&#’计算出以计算出波浪平均周期VW及圆频率XA设造波机波长[URA$!SH再根据式&!’计算出水底压力变造出的波浪为微幅波H由有限水深色散关系化AX!UYZ7-,1&YT’&#’另外H在VWUGA$eSH[U#JA%IS条件下进可以计算出波数Y或波长[A行实验H测量记录的浪高K水底压力以及相应条件收稿日期F!$$G#!!G张万平F男HI$岁H硕士生H主要研究领域为环境水压场万方数据E船舶工业国防科技预研基金资助&批准号F$$(GGA%A#$’IFFI武汉理工大学学报5交通科学与工程版6!’’.年第!J卷下计算得到的压力曲线如图!所示"率不断增大0尽管波高逐

5、渐增加0但水底压力脉动图!波面与压力曲线图&变周期1变波高的波高与压力变化$#%&"’()*+%,-"./)反而逐渐减小"在此时段内0表面波与水底压力曲对不同周期的规则波在水底引起的水压场的线仍然峰谷对应"5/6在8;/.:以后0先期通过的理论计算和实验结果进行对比0发现两者之间具波浪已反射回来0与造波机产生的波浪在压力传有较好的一致性"因此0规则波在水底引起的压力感器附近激起更大的波浪0此时波高明显增加0水分布0可以依据表面波的测量结果通过理论计算底压力也有所增加0但是两者增加的幅度并不成预报出来"理论和实验结果表明0频率较高1波长比例"5&6在8;.’:以后0波高仍然大幅度振荡0较短的波0

6、水中压力衰减幅度较大0图,中压力衰并具有一定的随机性0此时水底压力针对水面波减系数约为!".0图!中压力衰减系数约为,"/"浪的跟随性不好0有些压力峰值被抹平0压力变化2"3非规则波水压场的周期也随之变大0在此阶段0根据水面波浪要素2"3"2等周期1变波高波浪在水深4%!"’)预报水底压力变化有一定困难0文献<.=采用波浪条件下0根据要求使造波机产生周期基本相同但等效周期的概念提出了一种估算方法"波高不同的波浪0同时记录浪高和水底压力变化"从浪高仪记录的波高曲线中计算出波浪平均周!船波引起的水底压力变化特征期0类似规则波的压力计算方法0进一步计算出水底压力变化的历时曲线0并与实验结果进行对比0

7、3"2舰船兴波水压场发现两者也具有较好的一致性0如图/所示"说明在水深4%’"!>5>%!"&)为船模长度61对周期相同但波高不同的表面波0其水底压力变水深佛劳德数?@,B!4%AB5C465A为船模速度6的化也可依据水面波形测量结果通过式5,6和式5!6情况下0进行不造波条件下的船模水压场实验0同预报出来"时记录横距D%’"!.>的水面兴波和水底压力变化0实验结果如图.所示"图/等周期1变波高的