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CB／Z 810-2019 海洋工程装备动力定位能力评估方法.pdfICS 47.020.01 U11 CB 中华人民共和国船舶行业标准 CB/Z8102019
ICS47.020.0
海洋工程装备动力定位能力评估方法
xx花园外墙石材幕墙工程施工方案Evaluationprocedurefordynamicpositioncapability
CB/Z8102019
本指导性技术文件按GB/T1.1一2009给出之规则起草。 本指导性技术文件由全国海洋船标准化技术委员会船舶理论与实验分技术委员会（TC12/SC7)归口。 本指导性技术文件起草单位：中国船舶重工集团公司第七O二研究所。 本指导性技术文件主要起草人：刘正锋，匡晓峰，邱耿耀，黄苗苗，范亚丽，张隆辉
海洋工程装备动力定位能力评估方法
本指导性技术文件规定了海洋工程装备动力定位能力评估的环境载荷计算方法、推力分配关系、动 力定位能力评估以及计算结果表达等要求。 本指导性技术文件适用于船舶和海洋平台的动力定位能力评估计算。
2.1.1动力定位能力评估是环境载荷和推进器推力的静态平衡计算，因此坐标系的定义方式不 终的结果描述。
终的结果描述。 2.1.2动力定位能力评估中的坐标系统采用右手直角坐标系统。推荐采用图1所示的坐标系，坐标原 点0位于船舶或海洋平台重心位置处，OX轴平行水平面，指向部为正，OY轴指向右炫为正，OZ轴指 向下为正。
2.1.3示图1中同时定义了风、浪及流的作用方向，其定义方式相同。以崩部来风（顶风）方向为0 顺时针旋转时，值为正。
环境载荷包括风载、波浪载荷以及流载荷。 。动力定位能力评估时，风、浪以及流载荷只考虑作用于 工程装备的定常力和力矩，并且可以线性叠加，见公式（1）
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下标w表示风：下标c表示流，下标wa表示波浪。
2.2.1.1动力定位能力评估时只需要关 考虑作用于海洋工程装备的定常风载荷。 2.2.1.2风载荷可以采用公式（2）进行计算：
2.2.1.2风载荷可以采用公式（2）进行计算
风中： 纵向风载荷系数； Cr 横向风载荷系数； 一躺摇方向风载荷系数； 、—风速—指所密海平面1d
Fxw=CwV Fyw=Cy2 ... (2) [N.= CwY?
C一纵向风载荷系数； C横向风载荷系数； C%崩摇方向风载荷系数； V一风速，指距离海平面10米高处的一分钟平均风速。 2.1.3风载荷系数中需考虑包括水线以上所有部分的投影面积的影响，包括所有上层建筑的面积。 载荷系数CwCw，Cwe，可通过下述方法得到： a）采用模型试验； b） 在无法进行模型试验时，可以采用数值预报方法； c）在以上方法均无法满足时，可以采用经验公式或者相似船型系数进行确定。
载荷系数CmwCmCw，可通过下述方法得到： a）采用模型试验； b) 在无法进行模型试验时，可以采用数值预报方法；
2.2.2.1动力定位能力评估时只需考思作用于海洋工程装备的定常流载荷。
式中： Cy 横向流载荷系数： 一崩摇方向流载荷系数； 流速。
Fxe = CeV? Fre=CV? *** (3) N, =CmV?
a) 推荐采用模型试验； b） 在无法进行模型试验时，可以采用数值预报方法； C 在以上方法均无法满足时，可以采用经验公式或者相似船型系数进行确定。
波浪载荷主要分为以下三种作用形式： a）一阶波浪力，主要引起波频运动，不会导致平衡位置的偏移； b）二阶平均漂移力，与波幅的平方成正比，一般波幅增大，它将迅速增加：
c），缓变的二阶力，频率很低，量值较小。 在动力定位能力评估时，波浪载荷主要指二阶平均漂移力。
2.2.3.1二阶平均漂移力
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二阶平均漂移力可以由模型试验或者计算分析予以确定。二阶平均漂移力的数值预报方法主要有近 场理论、中场理论以及远场理论三种。 不规则波中的二阶平均漂移力时，通常先利用经验或理论方法得到规则波的二阶平均波漂力，然后 利用波谱，将规则波的二阶平均力相加，得到不规则波的二阶平均波漂力。规则波的二阶平均波漂力可 以采用成熟的商用软件进行计算如SESAM，HydroStar等。 二阶平均漂移力可以通过公式（4）来计算：
一纵向二阶波浪力传递函数： Cyma——横向二阶波浪力传递函数； S(の)——波浪谱密度。 波浪谱在没有明确指定的情况下可选用JONSWAP谱（=3.3）
2. 2.3.2二阶波浪力传递函数
二阶波浪力传递函数可以由以下方法得到： a)。通过SESAM，HydroStar，AQWA等软件计算得到； b）采用经验公式或者相似船型系数进行拟合确定。
不同海域的风速和波浪之间存在看特定的对应关系，波浪等级的确定是计算波浪载荷的先决条件。 波浪条件可由下述方法确定： a 优先采用动力定位作业海域的长期风浪统计关系； b 无作业海域的长期风浪统计关系时，可以采用附表A.1中的风浪统计关系； c）无相关风浪统计关系可查时，可采用附录A.2中的风浪拟合关系来确定
任意一个推进器所发出来的推力矢量通过推力大小和推力角度(T,e)来表示，因此，任意推 产生的纵向力、横向力以及摇方向力矩用公式（5）表示：
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式中： T—一第i个推进器所产生的纵向力； T一一第i个推进器所产生的横向力； T第i个推进器所导致的崩摇方向力矩； T一第i个推进器推力： 9一—第i个推进器推力角度；推力方向指向船首为0°，指向右为90°，顺时针旋转为正。 (x.y)一第i个推进器的水平面位置坐标。
3.2广义推力分配关系
所有推进器产生的总合力及力矩可以用公式（6）
T一一表示推进器系统所产生合力的纵向力分量； T,表示推进器系统所产生合力的横向力分量； T,——表示推进器系统所产生的摇方向合力矩； P——第i个推进器的状态。P=1表示该推进器工作，P,=0表示该推进器失效不工作。
3.2.1主推加能组合单元推力模型
主推加能推进单元可将其拆分为两个不同时工作的推进器 a）当主推发出正向推力时，舵力可以结合舵的有效升阻力系数曲线计算获得。 b当主推发出负向推力时，不考虑舵的作用，
3.2.2推进器推力减额
推进器的推进效率对动力定位能力评估有着较大的影响，因此，动力定位能力评估时应考虑推进器 相互干扰以及推进器与船体作用所导致的推进器推力损失。 a 推进器的推力损失在条件许可的情况下可以通过试验方法来确定。 b）浆桨干扰导致的推力减额可采用经验公式（7）进行估算。
式中： 1——推力减额因数：
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推进器的推力： 一散水时的系柱推力； To 一两螺旋桨的距离； 一推进器直径： O ? 两桨轴线的夹角： 夹角为时的推力减额因数。
推进器的推力： To 一散水时的系柱推力； 一两螺旋奖的距离； 一推进器直径； 0 ? 两桨轴线的夹角： 夹角为时的推力减额因数。
3.2.3推进器推力禁区角
桨共同作用时的推力禁区角可通过试验方法来进行设置；无法进行试验确定时，可以通过经验来 划分：
3.3.1对于DP1级动力定位系统，只需考虑推进器完整工作模式，不需要考虑推进器失效。 3.3.2对于DP2级动力定位系统，除了考虑推进器完整工作模式，还考虑单个推进器失效。 3.3.3对于DP3级动力定位系统，除了考虑推进器完整工作模式和单个推进器失效模式烧结机烟气脱硫工程中的吸收塔施工组织设计，还应考虑舱 室破坏导致多个推进器失效。
4.1定位能力评估模型
动力定位能力评估在本文件中特指给定海流速度V。下的极限风速V。推进器系统所产生的合力以
式中： 纵向载荷偏差； S， 一横向载荷偏差； Fa一一作用于海洋平台或船舶上的其他外力纵向分量 F一作用于海洋平台或船舶上的其他外力横向分量： N。一作用于海洋平台或船舶上的其他外力所导致的力矩。 动力定位系统船舶一般布置有多个推进器，通过对推进器推力进行优化分配可求得s+s，+s的 最小值。s+s，+s≤8。（8，=10）表示动力定位系统在当前海况下能达到定位效果；否则表示动 力定位系统在当前海况下能无法进行定位
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龙景华庭1#施工组织设计CB/Z 8102019
Tmin—一第i个推进器的最小推力； Tmat—一第i个推进器的最大推力； 符号D一一推进器推力角度的可执行区域。 公式（9）利用线性规划，序列二次规划，模拟退火算法，遗传算法等最优化方法来求解
Tmm一第i个推进器的最小推力； Tmat—第i个推进器的最大推力； 符号D一一推进器推力角度的可执行区域。 公式（9）利用线性规划，序列二次规划，模拟退火算法，遗传算法等最优化方法来求解。