船机桨匹配及数值仿真

论文摘要

在船舶平面操纵运动数学模型的基础上,根据主机特性曲线、螺旋桨有效推马力曲线和航速在不同的螺旋桨转速下具有特定的对应关系,建立了船舶操纵运动数学模型,并对结果进行了分析。建立数学模型时分别考虑了作用在船体、桨、舵上的力和力矩以及三者之间的影响,根据船舶航行参数、几何参数及其相关性能曲线及其对应关系,可求解螺旋桨的推力、桨轴转矩以及船舶航行状态,以实现船机桨之间的匹配。匹配过程中采用MMG非线性数学模型,用数值算法通过反复迭代求解运动微分方程,模拟不同海况下的船舶运动。然后,用Visual C++和Fortran语言编制计算程序,实现船机桨系统的匹配及仿真。本文主要内容包括:1)介绍了船机桨匹配模型的理论,分析和实现了匹配的平衡关系和具体方法,并在此基础上阐述了物理模型和数学模型,详细描述了船舶直航稳态工况下的匹配过程。2)结合Runge-Kutta法求解MMG操纵运动非线性方程,求得特定转速下的船速,并通过反复迭代求得船机桨舵匹配下的航速与转速,实现直航和回转时的实时匹配,计算出舰船在不同工况下轴系负荷以及性能参数,分析舰船在该工况下的运动趋势。本文的研究结果为船舶的运动仿真提供了一定的理论依据,对实际的船舶操纵也有一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义和现状
• 1.2 本文主要研究内容
• 2 理论基础
• 2.1 船机桨匹配的平衡关系
• 2.2 船机桨匹配的具体方法
• 2.3 船机桨匹配的物理模型
• 2.4 船机桨匹配的数学模型
• 2.5 特性曲线及其他参数
• 2.6 本章小结
• 3 船机桨匹配的仿真模块设计
• 3.1 前处理模块
• 3.2 求解模块
• 3.3 后处理模块
• 3.4 本章小结
• 4 稳态匹配
• 4.1 直航稳态匹配
• 4.2 直航稳态匹配示例
• 4.3 本章小结
• 5 实时匹配
• 5.1 直航实时匹配
• 5.2 回转匹配分析
• 5.3 实例计算与结果
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文