考虑浅水效应的船舶操纵运动数值模拟

发布时间：2017-10-11 15:33

  本文关键词：考虑浅水效应的船舶操纵运动数值模拟

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【摘要】：当前长江黄金水道战略的提出为我国长江流域航运的发展带来了前所未有的机遇。与此同时,随着航运业的迅速发展,船舶吨位急剧增大,船舶航速不断提高,航道变得越发拥挤,使得船舶通航安全也受到越来越多的重视。船舶操纵运动数值模拟是研究船舶运动参数,提供船舶操纵指标的有效途径和手段,可为通航安全提供重要决策基础。近年来,船舶安全事故在长江流域时有发生,其中在山区河流尤为突出,其坡陡流急的特性是一个重要的原因。另外,船舶的操纵性能的好坏也与船舶航行的安全性和经济性密切相关。虽然长江黄金水道已完成部分渠化,部分山区河流的航道条件有所改善,但山区河流的整体航运形势仍不容乐观,尤其是部分浅水流域造成诸多行船不便,甚至水上交通事故;并且西南地区的水运主要依托于山区河流,所以针对山区河流(尤其是浅水域)通航安全性即船舶操纵性能预报的研究具有非常重要的实际工程意义。本文基于内河航道本质属性,结合二维水流数学模型,针对常见的内河浅水航区进行了船舶操纵数值模拟及仿真相关研究,主要研究内容如下:(1)简要介绍平面二维水流数学模型的建模原理及离散方法,并基于该模型采用Fortran语言编写计算程序,与此同时,运用工程实例验证该水流数学模型的可行性及精确性,并为船舶操纵运动数值模拟提供流场分布信息。(2)介绍在深水域条件下,以MMG模型为基础的船舶操纵运动数值模拟中的船舶运动方程,方程中所涉及的水动力参数的计算方法,以及方程的离散求解方法。运用Fortran语言依据模型搭建仿真平台,并采用实船船型参数对搭建的船舶操纵运动数学模型进行了适用性验证,及各工况条件下的典型船舶操纵性试验即回转试验和z形试验,为船舶操纵性试验仿真提供基础铺垫。(3)以深水域船舶操纵运动数学模型为基础,考虑浅水影响,采用对部分受影响较大的水动力参数进行数值修正的方法,来构建考虑浅水效应的船舶操纵运动数学模型。并运用Fortran语言编写计算程序,构建仿真平台,为浅水域船舶操纵性试验以及浅水效应影响分析,提供有力支撑。并进行动水、静水条件下的各工况航行试验,如Z形试验,回转性试验对该数学模型进行可行性验证。(4)采用实船数据结合深水域、浅水域工况下的仿真平台,针对藤县大桥附近水域进行复杂工况的操纵运动仿真,并对不同工况条件下的船舶运动轨迹进行对比分析,以及对仿真平台输出数据的处理,以图形的形式反映各工况条件下船舶参数的变化。
【关键词】：深水域 浅水域 船舶操纵运动 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 二维水流数学模型研究现状11-12
• 1.2.2 船舶操纵运动数学模型的研究现状12-14
• 1.2.3 船舶操纵运动仿真系统的研究现状14-15
• 1.3 主要研究内容及技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 第二章 二维水流数学模型简介及验证17-25
• 2.1 贴体正交曲线坐标系二维水流数学模型17-20
• 2.1.1 贴体正交曲线坐标网格生成17-18
• 2.1.2 二维水流数学模型的基础方程18-20
• 2.1.3 控制方程数值离散和求解方法20
• 2.1.4 边界条件和动边界处理20
• 2.2 二维水流数学模型的验证20-23
• 2.2.1 验证所采用的资料20-21
• 2.2.2 计算域的选取及正交网格的生成21
• 2.2.3 水位验证21-23
• 2.2.4 流速验证23
• 2.2.5 验证小结23
• 2.3 本章小结23-25
• 第三章 深水域船舶操纵运动数学模型的建立25-47
• 3.1 船舶操纵运动方程式25-29
• 3.1.1 坐标系与静水运动方程式25-28
• 3.1.2 动水中的船舶运动方程28-29
• 3.2 作用于船舶上的诸力计算29-34
• 3.2.1 附加质量和附加惯性矩30
• 3.2.2 粘性流体动力和力矩的计算30-32
• 3.2.3 螺旋桨推力、横向力及力矩的计算32-33
• 3.2.4 舵力及力矩的计算33-34
• 3.3 船舶操纵运动方程的求解34-36
• 3.3.1 龙格—库塔法简介34
• 3.3.2 船舶操纵运动方程的求解34-36
• 3.3.3 船舶位置的确定36
• 3.4 船舶操纵运动数学模型的验证36-37
• 3.5 深水域船舶操纵性试验仿真及结果对比分析37-46
• 3.5.1 试验船型简介37-38
• 3.5.2 深水域船舶回转试验38-43
• 3.5.3 深水域船舶Z形试验43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 考虑浅水效应船舶操纵运动数学模型的建立47-70
• 4.1 船舶操纵运动方程47-48
• 4.2 浅水域中附加质量和附加惯性矩的计算48
• 4.3 浅水域作用在船体的纵向流体动力的计算48-50
• 4.3.1 浅水中船舶的直航阻力48-49
• 4.3.2 浅水中船舶操纵运动造成的附加阻力49-50
• 4.4 浅水域作用在船体的横向流体动力及动力矩的计算50-51
• 4.4.1 线性流体动力导数的计算50
• 4.4.2 非线性流体动力导数的计算50-51
• 4.5 浅水域螺旋桨推力和转矩的计算51
• 4.6 在浅水域舵力和力矩的计算51-52
• 4.6.1 舵力的减额系数t_R随水深吃水比的变化52
• 4.6.2 船体和桨的整流系数y_R随水深吃水比的变化52
• 4.6.3 a_H和x_H随水深吃水比的变化52
• 4.7 浅水域船舶操纵运动方程求解52
• 4.8 浅水域船舶操纵性试验仿真及结果对比分析52-69
• 4.8.1 浅水域船舶回转试验52-61
• 4.8.2 浅水域船舶Z形试验61-69
• 4.9 本章小结69-70
• 第五章 工程应用70-83
• 5.1 工程河段基本情况70-71
• 5.1.1 河流概况70
• 5.1.2 航道现状70-71
• 5.1.3 航运现状71
• 5.2 试验方案介绍71-72
• 5.3 船舶操纵运动仿真72
• 5.4 仿真结果分析72-82
• 5.5 本章小结82-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-89
• 在校期间发表的论著及参加的科研项目89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 田超,刘祖源,张晓军;智能避碰专家系统中的船舶操纵仿真研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2003年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 高国章;苏通大桥桥区航行航迹模拟的计算机实现[D];武汉理工大学;2003年

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本文编号：1013337