新一代T型艏风电安装船的砰击载荷数值模拟及特性分析

doi:10.19423/j.cnki.31-1561/u.2025.128

船舶 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (02): 88-101.DOI: 10.19423/j.cnki.31-1561/u.2025.128

新一代T型艏风电安装船的砰击载荷数值模拟及特性分析

夏侯命胜^1,2, 迟健², 吴晋嘉², 李成君², 杨德庆¹

1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海 200240;
2.中国船舶及海洋工程设计研究院上海 200011

收稿日期:2025-08-08 修回日期:2025-08-25 发布日期:2026-04-28
作者简介:夏侯命胜（1984—）,男,博士,研究员。研究方向：舰船总体设计。迟健（1999—）,男,本科,高级工程师。研究方向：舰船总体设计。吴晋嘉（1999—）,男,硕士,助理工程师。研究方向：舰船总体设计。李成君（1989—）,男,硕士,高级工程师。研究方向：舰船结构设计。杨德庆（1968—）,男,博士,教授。研究方向：船舶结构优化设计与振动噪声控制。

Numerical Simulation and Characteristic Analysis of Slamming Loads on a New-Generation T - Bow Wind Turbine Installation Vessel

XIAHOU Mingsheng^1,2, CHI Jian², WU Jinjia², LI Chengjun², YANG Deqing¹

1. School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China

Received:2025-08-08 Revised:2025-08-25 Published:2026-04-28

摘要/Abstract

摘要： 为了探讨自航自升式风电安装船（wind turbine installation vessel,WTIV）在航行及预压升降工况下的砰击载荷分布规律及特性,该文基于CFD数值预报方法,建立了WTIV的三维水动力数值水池仿真模型,系统分析了作业海况及两种典型气隙状态下的砰击载荷产生机理、时历曲线及空间分布特征。结果表明,自由航行工况下的砰击载荷峰值随波高和波陡的增大而增加,其大小主要取决于砰击点的入水速度及船体剖面外飘程度。对于预压升降工况,由于船底形成的空气垫不易逃逸且被显著压缩,因此气隙越小砰击载荷越大。同一区域在遭遇横浪时的砰击载荷较迎浪工况增加约6% ~ 14%,同时会产生约300 t的整体侧向水平载荷。该研究获得的WTIV砰击压力特性,可为同类船舶结构安全性及预压升降工况的安全操作提供重要参考。

关键词: 风电安装船, 波浪砰击, 气垫, 三维数值水池

Abstract: To investigate the distribution and characteristics of slamming loads on a self-propelled jack-up wind turbine installation vessel (WTIV) during transit and preloading conditions, a three-dimensional hydrodynamic numerical tank model was established based on Computational Fluid Dynamics (CFD). The generation mechanism, time-history curves, and spatial distribution of slamming loads under operational sea states and two typical air gap conditions were obtained and analyzed. The results show that under transit (free-sailing) conditions, the peak slamming load increases with wave height and wave steepness, primarily depending on the water-entry velocity at the slamming point and the vessel's hull flare. During preloading operations, a trapped air cushion beneath the hull is significantly compressed and struggles to escape, leading to higher slamming loads at smaller air gaps. In the same region, slamming loads under beam seas are 6% to 14% higher than those under head seas, while also inducing a lateral horizontal load of approximately 300 t. The characteristics of slamming pressure obtained in this study provide critical references for the structural safety of similar vessels and safe operations during preloading conditions.

Key words: wind turbine installation vessel (WTIV), wave slamming, air cushion, 3D numerical tank

中图分类号:

U661.3

夏侯命胜, 迟健, 吴晋嘉, 李成君, 杨德庆. 新一代T型艏风电安装船的砰击载荷数值模拟及特性分析[J]. 船舶, 2026, 37(02): 88-101.

XIAHOU Mingsheng, CHI Jian, WU Jinjia, LI Chengjun, YANG Deqing. Numerical Simulation and Characteristic Analysis of Slamming Loads on a New-Generation T - Bow Wind Turbine Installation Vessel[J]. Ship & Boat, 2026, 37(02): 88-101.

参考文献

[1] 谢玉林. 第七代超深水钻井平台砰击载荷特性研究[D]. 镇江:江苏科技大学,2019.
[2] XIAHOU M S,YANG D Q,LIU H X,et al.Investigation on calm water resistance of wind turbine installation vessels with a type of T-BOW[J]. Journal of Marine Science and Engineering,2024,12(8):1337.
[3] 田喜民,邹早建,王福花. 大型船舶外飘砰击压力计算研究[J]. 中国造船,2014,55(1):1-10.
[4] 单鹏昊,韩钰. 1.6 万标准箱集装箱船外飘砰击及结构强度计算研究[J]. 船舶,2014,25(5):35-39.
[5] 秦睿,吕海宁,杨建民,等. 规则波中迎浪航行半潜式平台运动与甲板上浪载荷时域耦合数值模拟[J]. 中国造船,2025,66(3):91-103.
[6] 李志富. 中高速船舶运动与波浪载荷三维时域计算方法研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学,2016.
[7] 董志,詹杰民. 基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J]. 水动力学研究与进展,2009,24(1):15-21.
[8] 王澳,王建华,万德成. 集装箱船外飘砰击载荷的 CFD 数值分析[J]. 中国造船,2024,65(1):16-29.
[9] TAKAMI T,MATSUI S,OKA M,et al.A numerical simulation method for predicting global and local hydroelastic response of a ship based on CFD and FEA coupling[J]. Marine Structures,2018,59:368-386.
[10] 郭英豪,肖龙飞,卢文月,等.半潜式平台波浪砰击测试方法与载荷特性研究[J]. 船舶力学,2021,25(4):426-434.
[11] 李辉,谢文会,吕柏呈,等.半潜式平台波浪砰击荷载数值分析[J]. 中国海上油气,2023,35(4) :156-164.
[12] 景磊,葛珅玮,宋科委,等.浮式海洋平台砰击载荷等效计算方法[J]. 船舶工程,2024,46(9):146-151.
[13] 李辉,谢文会,吕柏呈,等.中国南海深水环境波浪砰击荷载研究[J]. 中国海上油气,2023,35(6) :155-161.
[14] 邓石,李帅,张广磊,等.圆筒型FPSO 波浪砰击载荷与甲板上浪风险控制研究[J]. 中国海上油气,2025,37(1):194-202.
[15] 刘维勤,胡雨晨,曹俊伟,等. 高速艇在波浪下的砰击载荷模型试验研究[J]. 船舶力学,2023,27(10):1445-1454.
[16] 孙士丽,陈雪龙.基于OpenFOAM 的大型三体船连接桥入水砰击载荷数值模拟分析[J].中国舰船研究,2021,25(11):1498-1505.
[17] 李阔鹏,王文华,张利军,等. 近海风电设备安装船的底部砰击载荷研究[J]. 中国造船,2016,57(3):138-147.
[18] 叶晗,黄亚南,李飞虎,等. 基于CFD的风电安装船艏部砰击载荷分析[J]. 船舶,2023,34(5):24-31.
[19] KIM J W,JANG H,IZARRA R.CFD-FE simulation of wave slamming on an offshore platform in extreme sea states[C]//Offshore Technology Conference,2014:141-152.
[20] BREDMOSE H,BULLOCK G N,HOGG A J.Violent breaking wave impacts. part 3. effects of scale and aeration[J]. Journal of Fluid Mechanics,2015,765:82-113.
[21] 林焰,何靖仪. 基于RANS法的船舶阻力及自由运动预报[J]. 船舶工程,2019,41(12):52-57.
[22] 盛振邦,刘应中. 船舶原理(下)[M]. 上海:上海交通大学出版社,2008.

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[1]	金晶哲, 高震. 海上风电机组安装施工方法现状、研究进展与展望[J]. 船舶, 2024, 35(03): 1-20.
[2]	叶晗, 黄亚南, 李飞虎, 冯珺, 康琪. 基于CFD的风电安装船首部砰击载荷分析[J]. 船舶, 2023, 34(05): 24-31.
[3]	胡云波, 陈香润. 变距液压集成泵站轻量化设计及试验[J]. 船舶, 2023, 34(04): 122-130.
[4]	张宗科, 张海鹏. 美国LCAC停泊基地分析[J]. 船舶, 2021, 32(06): 16-17.
[5]	唐建华, 徐尧, 韦晓富. 一种气垫船自航模远程控制方法[J]. 船舶, 2021, 32(02): 53-59.
[6]	张宗科, 徐圣杰, 刘一. 基于CATIA的气垫船首部三元柔性围裙抗缩进性能数值分析[J]. 船舶, 2020, 31(05): 91-97.
[7]	张宗科, 熊逸凡. 美国LCAC维修热点及地勤式维护保障[J]. 船舶, 2020, 31(03): 9-20.
[8]	张宗科. 全垫升气垫船高速埋首与低速侧翻的机理分析及应对措施[J]. 船舶, 2019, 30(04): 15-27.
[9]	李康康, 王乐, 吴磊. 动力定位风电安装船冷却水系统设计[J]. 船舶, 2019, 30(03): 64-70.
[10]	张宗科, 徐圣杰. CATIA二次开发实现全垫升气垫船性能计算结果的可视化[J]. 船舶, 2019, 30(03): 104-114.
[11]	. MARIC设计的风电安装船合拢[J]. 船舶, 2019, 30(01): 78-.
[12]	张宗科;. 英国全垫升气垫船的技术发展与性能分析[J]. 船舶, 2018, 29(06): 9-22.
[13]	褚胡冰;张海鹏;刘一;. 基于遗传算法的气垫船主尺度优化设计研究[J]. 船舶, 2018, 29(06): 109-116.
[14]	高嵩;张俊;张进;. 极地气垫破冰/运输平台破冰机理和关键技术[J]. 船舶, 2018, 29(06): 117-122.
[15]	叶楠;. 滚动轴承在全垫升气垫船轴系中的应用[J]. 船舶, 2018, 29(04): 49-53.