Investigation of hydrodynamic forces acting on the bow under conditions of ship burrowing into a wave while moving in an oblique course using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method
Authors: Бураковский Е.П. , Бураковский П.Е. , Юсып В.М. 
Published: December 2022

В процессе зарывания носовой оконечности судна в волну и омывания её водой возникает система гидродинамических сил и опрокидывающих моментов при резко сниженной или почти обнуленной метацентрической высоте. При этом возникающая боковая сила стремится развернуть судно лагом к волне, в результате чего последующее погружение и выход из условий захвата будет осуществляться при движении судна не перпендикулярно набегающему волнению, а с некоторым углом φ. При движении косым курсом к бегу волн несимметричность давления будет возрастать, что в конечном итоге приведет к еще большему увеличению кренящих моментов, что резко увеличивает опасность гибели судов. В настоящей работе с использованием метода SPH и программного пакета DualSPHysics выполнено исследование гидродинамических сил и моментов, действующих на носовую оконечность судна при его движении косым курсом в условиях зарываемости носовой оконечности в волну. На исследуемой модели показано существенное влияние фальшборта на величину гидродинамических сил и моментов: наличие фальшборта приводит к росту опрокидывающего момента почти на 42%. При этом гидродинамический опрокидывающий момент в случае движения косым курсом при наличии фальшборта может быть почти на порядок больше восстанавливающего по абсолютной величине. Отмечено, что использование традиционной формы носовой оконечности судов не позволяет судам, идущим носом на волну в условиях зарываемости их носовой оконечности, держать курс неизменным, так как судно постоянно будет разворачивать на движение косым курсом, что чрезвычайно опасно. Представлены рекомендации по проектированию носовых оконечностей судов для повышения безопасности мореплавания.

In the process of burying the bow of the vessel into a wave and washing it with water, a system of hydrodynamic forces and overturning moments arises at a sharply reduced or almost zero metacentric height. In this case, the emerging lateral force tends to turn the vessel sideways to the wave, as a result of which the subsequent immersion and exit from the conditions of capture will be carried out when the vessel moves not perpendicular to the oncoming wave, but with a certain angle φ. When moving obliquely to the run of the waves, the pressure asymmetry will increase, which will ultimately lead to an even greater increase in heeling moments, which sharply increases the risk of ship destruction. In the present work, using the SPH method and the DualSPHysics software package, a study was made of the hydrodynamic forces and moments acting on the bow of the vessel when it moves in an oblique course under conditions of the bow being buried in a wave. The model under study shows a significant effect of a bulwark on the magnitude of hydrodynamic forces and moments: the presence of a bulwark leads to an increase in the overturning moment by almost 42%. In this case, the hydrodynamic overturning moment in the case of an oblique course in the presence of a bulwark can be almost an order of magnitude greater than the restoring moment in absolute value. It is noted that the use of the traditional shape of the bow of the ships does not allow ships heading into the wave in conditions of burrowing of their bow, keep the course unchanged, since the ship will constantly turn to move in an oblique course, which is extremely dangerous. Recommendations for the design of the bows of ships to improve the safety of navigation are presented.