CB/Z 810-2019

式中： X F ——纵向力； Y F ——横向力； N ——艏摇力矩； CB/Z 810—XXXX 2 下标w 表示风；下标c 表示流，下标wa 表示波浪。

1 动力定位能力评估时只需要考虑作用于海洋工程装备的定常风载荷。

2 风载荷可以采用式（2）进行计算： 2 2 2 Xw xw w Yw yw w w xyw w F C V F C V N C V ....................................... (2) 式中： xw C ——纵向风载荷系数； yw C ——横向风载荷系数； xyw C ——艏摇方向风载荷系数； w V ——风速，指距离海平面10米高处的一分钟平均风速。

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。 风载荷系数 , , xw yw xyw C C C，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。

1 动力定位能力评估时只需考虑作用于海洋工程装备的定常流载荷。

2 流载荷可以采用式（3）进行计算： 2 2 2 Xc xc c Yc yc c c xyc c F C V F C V N C V ....................................... (3) 式中： xc C ——纵向流载荷系数； yc C ——横向流载荷系数； xyc C ——艏摇方向流载荷系数； c V ——流速。

3 流载荷系数中需考虑包括水线以下所有部分投影面积的影响。对于流载荷系数 , , xc yc xyc C C C， 可通过下述方法得到： 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。 CB/Z 810—XXXX 3 2。

3 波浪载荷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。

1 二阶平均漂移力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式（4）来计算： 0 0 0 2 ( , ) ( ) 2 ( , ) ( ) 2 ( , ) ( ) Xwa Xwa wa Ywa Ywa wa wa XYwa wa F C S d F C S d N C S d ................................ (4) 式中： Xwa C ——纵向二阶波浪力传递函数； Ywa C ——横向二阶波浪力传递函数； XYwa C ——艏摇方向二阶波浪力传递函数；

——波浪频率； ( ) S ——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。

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。

4 风浪关系不同海域的风速和波浪之间存在着特定的对应关系，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。

3 推力分配关系 CB/Z 810—XXXX 4 3。

1 推进器模型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( , ) i i T 来表示，因此，任意推进器所产生的纵向力、横向力以及艏摇方向力矩用式（5）表示： cos( ) sin( ) ( sin( ) cos( )) ix i i iy i i ixy i i i i i T T T T T T x y ................................ (5) 式中： ix T ——第i 个推进器所产生的纵向力； iy T ——第i 个推进器所产生的横向力； ixy T ——第i 个推进器所导致的艏摇方向力矩； iT ——第i 个推进器推力； i——第i 个推进器推力角度；推力方向指向船首为0°，指向右舷为90°，顺时针旋转为正。 ( , ) i i x y ——第i 个推进器的水平面位置坐标。

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式（6）表示： 1 1 1 cos( ) sin( ) ( sin( ) cos( )) n x i i i i n y i i i i n xy i i i i i i i T T T T T T x y .............................. (6) 式中： xT ——表示推进器系统所产生合力的纵向力分量； y T ——表示推进器系统所产生合力的横向力分量； xy T ——表示推进器系统所产生的艏摇方向合力矩； i——第i 个推进器的状态。

1 i表示该推进器工作， 0 i 表示该推进器失效不工作。

1 主推加舵组合单元推力模型主推加舵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。

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) 桨桨干扰导致的推力减额可采用经验公式（7）进行估算。 CB/Z 810—XXXX 5 2/3 ( / ) 0 3 3 3 / 1 0.75 (1 )130 / x D t T T t t t t .................................. (7) 式中： t ——推力减额因数； T ——推进器的推力； 0T ——敞水时的系柱推力； x ——两螺旋桨的距离； D ——推进器直径；

——两桨轴线的夹角； t——夹角为时的推力减额因数。

3 推进器推力禁区角桨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 推进器失效模式考虑 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。

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 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，还应考虑舱室破坏导致多个推进器失效。

4 动力定位能力评估 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 c V 下的极限风速 w V。推进器系统所产生的合力以及合力矩抵抗海洋平台或船舶所受到的环境外载荷所导致的偏差( , , ) x y xy s s s 可表示为式（8）： cos( ) sin( ) ( sin( ) cos( )) x i i i xw xc xwa xa y i i i yw yc ywa ya xy i i i i i i w c wa a s T F F F F s T F F F F s T x y N N N N ...................... (8) 式中： xs ——纵向载荷偏差； ys ——横向载荷偏差； xy s ——艏摇方向的力矩偏差； xa F ——作用于海洋平台或船舶上的其他外力纵向分量； ya F ——作用于海洋平台或船舶上的其他外力横向分量； a N ——作用于海洋平台或船舶上的其他外力所导致的力矩。 CB/Z 810—XXXX 6 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 2 2 2 x y xy s s s 的最小值。 2 2 2 x y xy p s s s （ 6 10 p ）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。 min 2 2 2 : ( , ) ( , ) ( , ) x i i y i i xy i i f s T s T s T 即： min 2 2 2 ( cos( ) ) ( sin( ) ) ( ( sin( ) cos( )) ) i i i xw xc xwa xa i i i yw yc ywa ya i i i i i i w c wa a T F F F F T F F F F T x y N N N N ...................... (9) 约束条件： min max, i i i i T T T D .................................. (10) 式中： min iT ——第i 个推进器的最小推力； max iT ——第i 个推进器的最大推力； 符号D——推进器推力角度的可执行区域。 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。

2 计算流程本文件推荐采用二分法求解各方向上的极限风速 w V。对于特定风向下的极限风速 w V 计算步骤如下： a) 设定风速范围[ d V , u V ]，建议设为[0,100m/s]； b) 利用二分法获得风速中间值 ( ) / 2 w u d V V V。如果 0.01 u d V V，跳至步骤d）；否则利用风浪统计关系确定该风速 w V 对应的波浪（ s H， zT ）；计算总的环境载荷； c) 对推进器推力进行优化分配，如果推进器推力及力矩能与环境载荷平衡，则将风速范围下限 d V 用 w V 替代，并记录当前的推力最优化分配结果；否则将风速范围上限 u V 用 w V 替代。返回至b) 步骤； d) 输出最终迭代结果 w V，即极限风速。 全周向极限风速的计算流程图如图2所示： CB/Z 810—XXXX 7 图2 极限风速计算流程图 5 计算结果表达给出推进器不同工作模式下的控位能力曲线、极限环境条件、不同方向环境载荷计算结果以及推进器工作模式下的优化推力分配结果。 a) 控位能力曲线采用极坐标表示，如附图B.1； b) 极限环境条件采用附表B。

1 的形式给出； c) 环境载荷计算结果采用附表B.2-附表B。