摘 要

大型油船的系泊问题是船舶设计工作者在油船舾装设计方面所考虑的重点课题之一，大型油船方形系数多大于0.8，船型肥大，质量大，惯性大单位载重吨所分配到的主机功率较小，操纵特别呆笨。船停止时启动很慢，但一旦有进速后又很难使其停下来；在旋回性能方面，航向稳定性和追随性都较差，不宜操纵。其多点系泊操作如果没有拖轮协助会很困难，而且要求其所有的系泊设备都能有效地发挥其作用；同时，在进行单点系泊操作时，所受到的静负荷和冲击力很大，普通缆绳极易在磨损或冲击后发生断缆，且由于单点系泊时船舶位置不固定，即使在风平浪静的港口，其他船舶进港时也会受到一定的波浪载荷使船舶发生倾斜而更易发生断缆现象。

基于油船的大型化与港口规模不匹配的问题，大型油船系泊方式将渐渐转向海上单点系泊。海上单点系泊时，大型油船可围绕浮筒360°转动，原油或成品油通过浮在水面上的软管输入到浮筒下的立管中，再输送到岸上完成接卸。这种系泊方式不仅提高了油船在恶劣环境下的工作能力，而且这种系泊装置的造价也远远低于同等级固定码头，同时由于系泊点可从岸边移至海上，水深方面的限制也减小了许多，适应于大型船舶的停靠。

本文目的在于利用商业软件AQWA，使用数值模拟的方法得到大型油船单点系泊时在风浪流的环境载荷下的运动响应与系缆力大小，以期对大型油船单点系泊的安全性进行理论的保证。

关键字：系泊；AQWA；大型油船；势流理论；数值模拟

Abstract

The mooring problem of large oil tankers is one of the most important subjects in ship outfitting design. We know that most of the large oil tankers have a block coefficient bigger than 0.8, with a corpulent ship form and large mass.Because of the large inertia, the power of the unit load is low and hard to control. The starting speed is slow when the ship is stop, but once it had an advancing speed, it would be hard to stop. In the aspects of turning ability, the shipping-direction stability and tracing ability is relatively poor and hard to control. It’s multi-point mooring operation is hard to achieve without the help of tugboat,which needs all of the mooring equipment working properly. On the other hand,during it’s single-point mooring operation, the static load and impact force is very big, which makes general cables easily broken. Also, as a result of single-point mooring ship position is not fixed, even in the calm harbor, it will be dangerous when other ships enter the harbor and disturb the surface of the water.

Base on the problem about the mismatching between the upsizing of oil tankers and the size of ports, the mooring ways of large oil tankers will gradually turn to single point mooring at sea. Using this way, a large oil tanker can turn around the buoy 360°, and the crude oil or refined petroleum products can be transfered into the riser under the buoy, then transport to the shore. This kind of mooring way can not only improve the working ability of large oil tanker in harsh environments, but also cut the cost of the ports, at the same time by the reason of the mooring points have moved to the sea, the limit of the depth of water has reduced a lot, fitting the mooring of large ships.

The aim of this paper is lying in the use of commercial software AQWA, using the method of numerical simulation to calculate the motion response and mooring force of large oil tankers mooring under the environmental load of the wind, wave and flow. In order to the safety of the large oil tanker single point mooring theory of assurance.

Key words:　mooring; AQWA; large oil tanker; potential flow theory; numerical simulation.

目录

1.绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2相关的研究工作 2

1.3本文的研究内容 2

1.4理论基础 2

1.船舶波浪力计算与运动响应基本理论 4

2.1基本假设 4

2.2基本坐标系 4

2.3波浪理论 5

2.4Morison公式 5

2.5三维势流理论 7

2.6边界元方法 8

2.7附加质量和附加阻尼 9

2.8波浪力计算原理 9

2.8.1一阶波浪力 9

2.8.2二阶波浪力 11

2.8.3二阶波浪平均漂移力 11

2.9频域运动理论 11

2.9.1频域运动方程 12

2.9.2时域与频域的分析转换原理 13

2.10时域运动理论 13

2.11本章小结 14

3.船舶水动力频域分析 15

3.1油轮的主要参数 16

3.2水动力模型 16

3.3附加质量和阻尼 16

3.4一阶波浪力 18

3.5频域运动响应传递函数 20

3.6本章小结 22

4.船舶与系泊系统时域耦合分析 23

4.1悬链线方程 23

4.2系泊系统分析方法 23

4.2.1静力分析法 23

4.2.2动力分析法 23

4.3油船的环境条件 24

4.4系泊系统 25

4.5时域耦合分析结果 26

4.5.1时域运动响应 26

4.5.2系泊缆的张力响应 30

4.6本章小结 32

5.总结与展望 33

参考文献 35

致谢 37

绪论

1.1研究背景及意义

　　在而今世界上的石油运输方法中，占比较大的三个是管道、海路和铁路运输。而在我国，海运在石油进口运输方式中占比很大，最近几年约为90%左右。

　　在FPSO的系泊方法中，下图中的单点系泊方法是一种非常实用的手段。采用单点系泊方式系泊时，油轮不用靠港，而是在较深的水域和浮筒通过缆绳相连接，通过软管输送石油到陆地上。这解决了世界上普遍存在的港口规模不能适应于油轮大型化的矛盾。

图1.1单点系泊系统示意图

单点系泊(如图1.1与图1.2)具有工作受环境影响较小、建造成本低等特点。本文采用基于AQWA的数值模拟的方法计算大型油船单点系泊的水动力特性（选取一艘满载排水量30万吨的油船进行计算）。预期计算得到不规则波、定常风与定常流下大型油船单点系泊时的运动响应与缆绳受力。