船舶操纵运动仿真中的水动力系数敏感性分析

论文摘要

操纵性是船舶的重要性能,尤其对航行安全有非常大的影响,因此,保证船舶的操纵性具有重要意义。船舶操纵运动仿真作为操纵性预报最有前途的方法被广泛的研究使用,如何提高预报精度,降低预报难度更是研究的焦点问题之一。本文在操纵运动仿真基础上,根据水动力系数敏感性指数分析方法考察操纵性特征参数对各水动力系数的敏感性,从而简化操纵运动模型。本文采用分离型MMG建模思想建立船舶在静水中考虑横倾的四自由度操纵运动模型,在MATLAB平台上编制操纵运动仿真程序,以某型船为算例实现船舶定常回转和Z型操舵两种典型操纵运动的时历数值仿真。在此基础上,应用水动力系数敏感性指数分析方法,考察定常回转的战术直径和Z形操舵的第一超越角这两个特征参数对各水动力系数的敏感性变化规律和特点。总结敏感性指数的最大值,并设定一敏感性指数指标,将敏感性指数低于这一指标的水动力系数从操纵运动模型中剔除,实现操纵运动模型的简化。本文研究表明,依据水动力系数敏感性指数分析方法,可以确定各水动力系数对船舶操纵性影响的范围和程度,可以实现四自由度操纵运动模型的简化,简化前后的仿真结果相差甚微,对仿真精度影响较小,达到了保证仿真精度前提下,减少建模和仿真计算工作量的目的,同时也为六自由度操纵运动方程的简化提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 船舶操纵运动模型发展现状
• 1.2.2 水动力系数敏感性分析方法研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 操纵运动方程数学模型的建立
• 2.1 MMG操纵运动方程
• 2.1.1 坐标系
• 2.1.2 坐标系转换
• 2.1.3 MMG方程的形式
• 2.2 运动参量无因次化
• 2.3 建立作用于裸船体上的外力计算模型
• 2.3.1 作用于裸船体上的流体动力估算模型
• 2.3.2 阻力估算模型
• 2.3.3 横倾力矩计算模型
• 2.3.4 螺旋浆推力及主机特性模型
• 2.3.5 舵力及舵机特性计算模型
• 2.3.6 双桨双舵船舶的操纵性
• 2.4 本章小结
• 第3章 仿真实现与算例分析
• 3.1 运动方程的算法
• 3.2 仿真实现
• 3.3 某型船船型信息
• 3.4 仿真计算结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 船舶水动力系数敏感性分析
• 4.1 水动力系数与操纵性指数的关系
• 4.2 敏感性指数的定义及计算方法
• 4.3 敏感性指数算例计算与分析
• 4.3.1 回转运动中敏感性指数
• 4.3.2 Z形操舵运动中敏感性指数
• 4.3.3 最大敏感性指数的确定与分析
• 4.3.4 简化运动方程后的仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢