船舶操纵性指数K、T计算机仿真数值模拟计算

论文摘要

用小比尺自航船模研究内河通航中的问题,是当今国际、国内普遍采用的一项新技术。然而船模与实船的操纵性能相似问题一直是船模模拟技术的重点与难点,实船操纵性指数K、T的获取往往采用做实船“z”形实验的方法,这将耗费大量的人力、物力和财力,并且实验周期较长,受水域条件和气象条件影响较大（需无风、无水流）,这将极大限制了其应用,如果应用计算机建立船舶的运动仿真模型,并对船舶在操舵情况下的操纵性能进行仿真计算,从而得到实船的操纵性指数K、T的方法将大大节省实验经费,缩短实验周期。本论文从理论的角度探讨和研究船舶的操纵性能,建立船舶的操纵数学模型,对船舶进行“Z”形标准操纵试验的仿真计算并得到船舶的操纵性指数K、T,结合实船和船模的率定试验数据对仿真结果进行校验和修正,完善船舶的操纵数学模型,使其精度达到实际应用的目的。本论文共分七章：第一章为引言,主要介绍了研究的目的和意义以及国内外的研究情况。第二章通过建立船舶运动坐标系而构建了船舶操纵运动数学模型,并对运动方程中涉及的各种类型的力进行了确定,最后对船舶操纵运动方程进行了无因次化。第三章主要是对船舶操纵运动方程进行了简化,并采用龙格-库塔法对船舶操纵运动方程进行了求解。第四章主要介绍了船舶操纵性指数的物理意义以及计算方法。第五章主要介绍了船舶操纵性运动仿真程序的编写,并利用手中的掌握的实船资料进行了仿真计算,和实船结果进行了比较分析。第六章主要介绍了在有限水深下及风力等外界因素影响下的舶操纵性运动模型的建立。第七章为结语部分,对本论文作了一个总结,并对该研究方向作了个展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.1.1 船舶操纵性对航行安全的影响
• 1.1.2 小比尺自航船模操纵性研究
• 1.2 国内外相关研究情况分析
• 1.2.1 船舶操纵性的研究发展史
• 1.2.2 船舶操纵性指数的计算方法
• 1.3 课题来源及研究的主要内容
• 第2章 船舶操纵性运动模型的建立
• 2.1 船舶运动坐标系的建立
• 2.1.1 固定坐标系的建立
• 2.1.2 运动坐标系的建立
• 2.1.3 船舶操纵性运动坐标系的建立
• 2.2 船舶操纵运动数学模型的建立
• 2.3 流体的惯性阻力和附加质量
• 2.4 船舶操纵运动方程中惯性类力的确定
• 2.5 作用于船舶上的流体动力的确定
• 2.6 作用于推进器和舵的流体动力的确定
• 2.6.1 作用孤独舵上的流体动力计算
• 2.6.2 作用船后舵上的流体动力计算
• 2.6.3 推进器和舵的流体动力计算
• 2.7 船舶操纵运动方程的无因次化
• 第3章 船舶操纵性运动方程组的求解
• 3.1 船舶操纵性运动方程的简化
• 3.2 船舶操纵性运动方程的求解
• 第4章 船舶操纵性指数K、T的求解
• 4.1 船舶操纵性指数K、T的物理意义
• 4.2 船舶操纵性指数K、T的计算方法
• 4.3 曲线拟合法求操纵性指数K、T
• 第5章 仿真程序的编写及应用
• 5.1 船舶操纵运动仿真程序的编写
• 5.2 应用实例
• 第6章 外界因素影响下的船舶操纵性运动模型
• 6.1 有限水深下的船舶操纵性运动模型
• 6.1.1 船舶在有限水深下的航行情况
• 6.1.2 有限水深下的船舶操纵性运动模型
• 6.1.3 有限水深下的附加质量和惯性矩
• 6.1.4 有限水深下的流体动力计算
• 6.1.5 有限水深下的螺旋桨推力计算
• 6.1.6 有限水深下的舵力及力矩计算
• 6.2 风力作用下的船舶操纵性运动模型
• wind计算'>6.2.1 风动力F_wind计算
• wind计算'>6.2.2 风动力转船力矩N_wind计算
• 6.2.3 风导致船舶偏转的分析
• 第7章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 在学期间公开发表的论著及取得的科研成果