船舶拖航仿真研究

论文摘要

本文以MMG分离式操纵性数学模型为基础,结合拖缆的悬链线数学模型,建立了由拖船、拖缆、被拖船组成的拖航系统的三自由度操纵性方程,并考虑了风、浪、流以及浅水等环境因素对拖航系统的影响。通过编制计算程序,采用龙格-库塔法对-拖船拖带无自航能力驳船的拖航系统进行了计算。分析了拖缆拉力的影响因素,以及缆长对拖航系统直线稳定性的影响。并考察了拖航系统的回转性,探讨了拖航系统作大幅度机动时的操纵性。通过对拖航过程中拖缆水下部分阻力的计算,讨论了拖缆阻力对拖航系统的影响。在拖航系统操纵性数学模型的基础上,本文利用Visual C++6.0编制了船舶拖航系统仿真程序。该程序能对拖航系统的操纵运动进行二维的数值模拟,结合PID控制,可实现对拖航系统操纵运动的仿真预报,对于探讨拖航系统的操纵运动规律有一定的帮助,对于拖航过程中的船舶操纵也有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究的背景和意义
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.4 拖航作业概述
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 船舶操纵运动的数学模型
• 2.1 坐标系与运动方程式
• 2.2 阿伯科维茨操纵性方程
• 2.3 MMG操纵性方程
• 2.4 船体部分水动力
• 2.4.1 惯性类水动力
• 2.4.2 粘性类水动力
• 2.5 螺旋桨力的处理
• 2.6 舵力的处理
• 2.7 双桨双舵船的桨力和舵力计算
• 2.8 计算模型的验证
• 2.9 本章小结
• 第3章 考虑环境因素的操纵运动模拟计算
• 3.1 风浪流作用下的船舶操纵运动数学模型
• 3.2 风作用力计算
• 3.3 波浪力计算
• 3.4 水流作用力计算
• 3.5 浅水影响
• 3.6 环境因素作用下的操纵性计算实例
• 3.6.1 风浪流对操纵性的影响
• 3.6.2 浅水对操纵性的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 拖航系统操纵运动的模拟计算
• 4.1 拖航系统操纵运动的数学模型
• 4.1.1 基本假设
• 4.1.2 运动方程
• 4.2 拖缆模型
• 4.3 计算实例
• 4.3.1 理想状态下的直拖
• 4.3.2 拖航系统的稳定性
• 4.3.3 拖航系统的回转性
• 4.3.4 环境因素对拖航系统的影响
• 4.3.5 拖缆阻力的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 船舶拖航仿真系统
• 5.1 引言
• 5.2 拖航仿真程序的工作流程
• 5.3 仿真算例
• 5.3.1 单船拖航
• 5.3.2 多船拖航
• 5.4 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