本發(fā)明屬于水利工程，尤其涉及一種適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法。
背景技術(shù)：
1、船舶在通航隧洞、渡槽、船閘閘室等強(qiáng)烈受限航道中航行時(shí)，同時(shí)受到淺水效應(yīng)和岸壁效應(yīng)的影響，面臨較高的通航安全風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)階段關(guān)于這種強(qiáng)烈受限航道的研究資料較為匱乏，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)獲取相關(guān)船舶航行參數(shù)并確定合適的航道斷面尺度，是強(qiáng)烈受限航道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2、目前，強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)中面臨多方面的技術(shù)難題和不足，亟需通過科學(xué)的試驗(yàn)組次設(shè)計(jì)方法加以解決。首先，現(xiàn)有模型試驗(yàn)在組次設(shè)計(jì)方面缺乏統(tǒng)一的技術(shù)要求與系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)流程，不同試驗(yàn)項(xiàng)目往往依據(jù)經(jīng)驗(yàn)隨意設(shè)定參數(shù)，缺乏可復(fù)用性和可比性，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)體系。這種設(shè)計(jì)隨意性直接影響了試驗(yàn)的科學(xué)性與結(jié)論的可靠性。其次，強(qiáng)烈受限航道中同時(shí)存在淺水效應(yīng)和岸壁效應(yīng)等多種非線性水力學(xué)耦合作用，使得船舶航行特性極為敏感于航道幾何尺寸、水深、速度等因素，而現(xiàn)有技術(shù)尚未提供能系統(tǒng)考慮這些耦合關(guān)系的試驗(yàn)參數(shù)配置方法。此外，由于缺乏針對(duì)強(qiáng)烈受限環(huán)境特點(diǎn)的定量試驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)制，試驗(yàn)參數(shù)之間的組合方式不夠嚴(yán)謹(jǐn)，易造成資源浪費(fèi)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差，降低模擬結(jié)果的代表性和精度。尤其在設(shè)計(jì)航道斷面尺寸及校核船舶通航性能時(shí)，無法有效判斷各種航速、水深與航道寬度組合下的極限航行工況，嚴(yán)重制約了設(shè)計(jì)優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的開展。因此，開發(fā)一種能夠綜合考慮航道尺度、設(shè)計(jì)船型、水深分布與航速變化等多因素，并能形成多組有機(jī)組合工況的試驗(yàn)組次的試驗(yàn)方案，已成為提高強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)效率、科學(xué)性和成果可靠性的迫切需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)缺乏統(tǒng)一規(guī)范、組次設(shè)計(jì)隨意、水力耦合效應(yīng)未系統(tǒng)考慮、試驗(yàn)參數(shù)組合不嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)果可靠性不足等問題，本發(fā)明提供了一種適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法。
2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于，包括以下步驟：
3、s1、獲取航道設(shè)計(jì)參數(shù)，包括航道等級(jí)、航道形態(tài)和設(shè)計(jì)船型尺度；
4、s2、計(jì)算航道最小寬度 bmin：
5、
6、
7、式中， bf為船舶航跡帶寬度， bs為船舶寬度， ls為船舶長度， d為船舶外舷至航道邊緣的安全距離，直線航道取 d=0.05 bf、曲線航道取 d=0.06 bf， β為船舶航行漂角；
8、s3、確定航道寬度研究范圍：以 bmin為基準(zhǔn)，選取 bmin-0.1 bs、 bmin、 bmin+0.1 bs、 bmin+0.3 bs四級(jí)寬度，并按半米取整；
9、s4、設(shè)定船舶設(shè)計(jì)航速研究范圍：按預(yù)設(shè)間隔在0.5m/s～2.5m/s內(nèi)選取多級(jí)航速；
10、s5、計(jì)算船舶極限航速，為設(shè)計(jì)航速；
11、s6、試算航道水深：基于設(shè)計(jì)船型尺度和航道寬度，通過下式迭代計(jì)算極限航速下的航道水深 h：
12、
13、式中： g為重力加速度，為航道阻塞系數(shù)， as為船舶水下橫斷面面積， ac為航道斷面面積；
14、s7、剔除不合理水深工況，篩選合理水深， t為船舶設(shè)計(jì)吃水深度，為水深安全富余量；
15、s8、確定航道水深研究范圍：基于s6計(jì)算結(jié)果內(nèi)插整米數(shù)水深；
16、s9、組合航道寬度、設(shè)計(jì)航速及水深生成試驗(yàn)組次，每組水深下測(cè)試航速范圍為0.5m/s至設(shè)計(jì)航速下一級(jí)。
17、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，步驟s2中，航道同時(shí)包含直線段和曲線段時(shí)，統(tǒng)一按曲線航道計(jì)算 bmin。
18、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，步驟s4中，所述設(shè)計(jì)航速按0.5m/s、1.0m/s、1.2m/s、1.5m/s、2.0m/s、2.5m/s分為六級(jí)。
19、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，步驟s2中，舶航行漂角 β取2°。
20、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，步驟s6中，所述航道斷面面積 ac通過航道寬度 b與水深 h的乘積確定， ac= bh。
21、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，步驟s7中，水深安全富余量固定取值為0.3m。
22、本發(fā)明所提出的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，填補(bǔ)了強(qiáng)烈受限航道模擬試驗(yàn)組次設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面的空白，推動(dòng)了此類試驗(yàn)從經(jīng)驗(yàn)依賴走向理論支撐和系統(tǒng)規(guī)范，顯著提高了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與工程適用性。該方法綜合考慮了航道幾何參數(shù)、設(shè)計(jì)船型尺度、航速范圍、水深匹配關(guān)系等多個(gè)核心因素，構(gòu)建了完整的參數(shù)組合體系，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)組次的合理劃分與有序安排，從根本上解決了現(xiàn)有試驗(yàn)中因組次設(shè)計(jì)隨意而導(dǎo)致的效率低下與結(jié)果偏差問題。
23、通過設(shè)置嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膮?shù)界定與數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)，該方法能夠準(zhǔn)確計(jì)算航道最小寬度、合理確定航速與水深的耦合邊界，并據(jù)此篩選出符合通航要求的有效水力工況，剔除不具實(shí)際意義的無效組次，從而有效避免了試驗(yàn)資源的浪費(fèi)，提升了試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性與針對(duì)性。同時(shí)，該方法在充分考慮航道淺水效應(yīng)與岸壁效應(yīng)的耦合影響基礎(chǔ)上，能真實(shí)反映船舶在強(qiáng)烈受限環(huán)境中的航行狀態(tài)，為精確模擬實(shí)際運(yùn)行工況提供了堅(jiān)實(shí)依據(jù)，增強(qiáng)了模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的代表性與可靠性。
24、此外，本發(fā)明提出的組次設(shè)計(jì)流程具備良好的可移植性和復(fù)用性，適用于多種類型的強(qiáng)烈受限航道場(chǎng)景，如通航隧洞、渡槽、船閘閘室等，能夠?yàn)楦黝惞こ探ㄔO(shè)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)獲取路徑與設(shè)計(jì)判據(jù)，便于跨項(xiàng)目數(shù)據(jù)比對(duì)和方案優(yōu)化。綜上，該方法不僅顯著提升了強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的技術(shù)水平和成果質(zhì)量，而且為此類特殊水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安全評(píng)估提供了準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支撐，具有突出的工程推廣價(jià)值與實(shí)際應(yīng)用意義。
1.一種適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于：步驟s2中，航道同時(shí)包含直線段和曲線段時(shí)，統(tǒng)一按曲線航道計(jì)算bmin。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于：步驟s2中，舶航行漂角β取2°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于：步驟s4中，所述設(shè)計(jì)航速按0.5m/s、1.0m/s、1.2m/s、1.5m/s、2.0m/s、2.5m/s分為六級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于：步驟s6中，所述航道斷面面積ac通過航道寬度b與水深h的乘積確定，ac=bh。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于強(qiáng)烈受限航道模型試驗(yàn)的試驗(yàn)方案確定方法，其特征在于：步驟s7中，水深安全富余量固定取值為0.3m。