本研究来源于横向项目和国家自然科学基金，项目合同编号为：GH2010123，JS13-0009，51109044，51479044，11302057，11302056，应用领域为船舶与海洋工程、港口与海岸工程等领域的水动力载荷计算和船舶避碰与减摇技术。 随着海洋装备的发展，海洋作业正逐步向深海和远海发展，钻井船和风机安装船等海洋工程船的作业环境也变得越来越恶劣。一方面，远海风高浪急，海洋环境载荷较近海严酷得多，以往的线性和弱非线性载荷预报方法精度不能完全满足需要；另一方面，海洋工程船时常面临大型吊装作业、补给作业和并靠作业等高风险作业活动，需特别关注多浮体间的耦合效应、遮蔽效应和气隙效应等问题，并提出有效的船舶运动控制方法，减小海洋工程船在深远海作业的风险，提升海洋工程船的作业安全。 针对海洋工程领域的技术问题，项目主要研究包括1）针对全非线性方法的数值不稳定和数值发散问题，提出了船体运动和波浪力的实时解耦方法和网格优化技术，在国际上首次开发了基于全非线性边界元的实船波浪载荷高精度预报方法，可有效解决带有外飘船艏的海洋工程船水动力载荷问题。2）提出了复杂水域中多浮体耦合运动流场的半解析公式与边界元数值解的匹配方法，弥补了传统方法难以适应复杂流体边界条件的缺陷，避免了传统方法在计算高阶偏导数时高密度网格依赖性的问题，获得了波浪场内海洋工程船并靠作业过程中的共振特征和捕获振形效应。3）基于气泡边界层理论，提出了计入粘性效应的气泡坍塌载荷计算方法，弥补了势流理论无法计入流体粘性效应的缺陷；同时采用物理坐标系和拓展坐标系，克服波浪与气隙多尺度计算域不匹配的难题，实现了恶劣海况下海洋工程船并靠过程中气隙载荷计算。4）针对海洋工程船并靠问题，研发设计了新型高效避碰装置，试验表明可降低碰撞概率76.7%；开发了可伸缩式舭龙骨、可伸缩式减摇鳍等高效减摇控制技术和装备，减摇效果较常规装置提高至少15%以上，已成功应用于我国海洋工程船开发。 本项目以海洋工程船为研究对象，研究在恶劣海况中单船、多船的水动力载荷问题，有针对性地提出高效减摇技术、避碰技术等运动控制技术。提出了复杂水域中自由液面格林函数二阶导数的高精度求解方法，获得了计入气隙效应的水动力载荷计算方法，实现了海洋工程船的高效减摇技术和多体并靠避碰装置，可有效控制海洋工程船恶劣海况下的运动幅值，降低并靠作业的碰撞概率，使我国在海洋工程船的载荷预报和运动控制研究水平跃居国际先进水平，部分成果属于国际领先水平。 本项目研究成果可以实现海洋工程船在恶劣海况下水动力载荷预报和减摇与避碰，为新型号产品的研发、设计和安全性校核提供了技术支撑。

哈尔滨工程大学

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