船舶受限水域岸壁效应仿真研究

论文摘要

本文通过建立船舶在受限水域的操纵运动数学模型,对船舶在受限水域的航行进行了仿真,以研究航道宽度、水深、船速、船舶偏离航道中心线(船舶离岸的距离)的距离等因素对船舶岸壁效应的影响,并对船舶在受限水域的保向性进行了讨论。首先,本文吸取了日本MMG船舶操纵运动数学模型的思想,以船体、螺旋桨、舵单独性能为基础并考虑其各部分之间的相互干涉,在前人提出的常速域船舶操纵运动数学模型和浅水、低速、大漂角船舶操纵运动数学模型的基础上,考虑到船舶运动的连续性,采用了将上述两种数学模型相结合的方法建立了船舶在受限水域中的操纵运动数学模型。该数学模型既能体现船舶在常速域的运动特性,又能体现船舶在浅水、低速、大、小漂角情况下的运动特性。在上述所建立的数学模型的基础上,充分考虑了船舶在接近岸壁航行时的岸吸力和岸推力矩的影响,采用四阶龙格—库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算,并采用MATLAB数学工具语言中的Simulink工具箱对船舶在受限水域的操纵进行模拟仿真,分别就航道宽度、水深、船速、船舶偏离航道中心线(船舶离岸的距离)的距离等因素对船舶岸壁效应的影响进行了仿真研究,并对船舶在受限水域的保向性进行了讨论。本文的研究结论对船舶驾引人员在狭水道、运河等受限水域的安全操纵具有一定的参考价值,并可为船舶操纵模拟器的研制和开发奠定一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及其意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 本课题研究现状
• 1.2.2 船舶操纵运动数学模型的研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 船舶运动数学模型
• 2.1 操纵运动方程
• 2.1.1 坐标系及运动学物理量之间的关系
• 2.1.2 运动方程式的建立
• 2.1.3 运动参量的无因次化
• 2.2 裸船体上的流体动力及力矩计算模型
• 2.2.1 惯性类流体动力及力矩模型
• 2.2.2 粘性类流体动力及力矩模型
• 2.3 螺旋桨计算模型
• 2.3.1 螺旋桨推力及转矩计算模型
• 2.3.2 螺旋桨处伴流系数和推力减额系数的计算
• 2.3.3 螺旋桨推力系数和转矩系数的计算
• 2.4 舵及舵机特性计算模型
• 2.4.1 考虑螺旋桨、船体对舵的干涉时正压力的计算
• 2.4.2 舵处来流有效流速及有效冲角的计算
• H、x_H、x_R、t_R的计算'>2.4.3 系数a_H、x_H、x_R、t_R的计算
• 2.4.4 舵机模型
• 第3章 岸壁效应的基本理论及岸壁对船舶运动的影响
• 3.1 岸壁效应
• 3.1.1 岸壁效应简介
• 3.1.2 影响岸壁效应的因素
• 3.2 岸壁力及岸壁力矩的计算
• 第4章 船舶岸壁效应仿真实现
• 4.1 运动方程的数值解法
• 4.1.1 计算机仿真特点
• 4.1.2 Runge-Kutta四阶算法
• 4.1.3 主程序流程图
• 4.2 船舶旋回性能仿真
• 4.2.1 船舶深水旋回仿真
• 4.2.2 船舶浅水旋回仿真
• 4.3 在受限水域船舶的运动仿真
• 4.3.1 船舶偏离航道中心线距离不同时船舶的运动仿真
• 4.3.2 船速不同时船舶运动仿真
• 4.3.3 水深吃水比不同时的船舶运动仿真
• 4.3.4 航道宽度不同时船舶运动仿真
• 4.4 受限水域船舶保向性的仿真
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历