游艇运动数学模型及其应用研究

发布时间：2017-10-25 00:31

  本文关键词：游艇运动数学模型及其应用研究

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【摘要】：近年来,游艇业在我国的发展迅猛,游艇驾驶员培训机构也日益增多。利用实际游艇进行游艇驾驶员的培训存在成本高、风险大、易受季节和外部气象条件影响等缺点。若游艇的部分实操培训采用游艇模拟器完成,则可以提高培训质量,降低培训成本和安全风险。游艇运动数学模型是体现游艇模拟器行为真实感的关键技术,本文分别对静水和波浪中游艇运动的数学模型进行研究,建立了游艇的运动数学模型。结合国内外对船舶运动模型和滑行艇平面运动的研究成果,基于MMG分离建模思想建立了静水中游艇的三自由度平面运动数学模型,包括纵移,横移和转首运动；根据静水中游艇的垂向受力分析,建立了静水中游艇的垂荡纵摇运动模型。采用普通切片理论,结合游艇的艇型和受力特点,建立了游艇在迎浪规则波中垂荡和纵摇运动的数学模型；根据船舶线性横摇理论结合游艇航行的特点,建立了规则波中游艇横摇运动数学模型。搭建了游艇运动数学模型的仿真测试平台。利用Visual Studio开发平台和微软基本类库(MFC)编制仿真程序,以一条22米长的单桨、单舵的游艇以及该游艇模型的两个变形艇为仿真对象进行仿真实验。对于游艇静水中平面三自由度运动模型的验证,将仿真实验结果与游艇模型水池实验结果进行比对,验证了游艇静水中平面三自由度运动模型的准确性。对于游艇波浪中垂荡和纵摇运动的仿真,将测试平台输出的垂荡和纵摇运动数据和已存在的文献中艇实船试验结果数据进行对比分析,验证了本文所建模型的合理性。
【关键词】：游艇 船舶运动数学模型 游艇操纵模拟器 MMG模型
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661;U674.91
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景和研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 船舶运动数学模型的研究现状11
• 1.2.2 游艇的操纵性研究现状11-12
• 1.2.3 游艇耐波性研究现状12-13
• 1.3 本文研究内容及论文结构安排13-15
• 1.3.1 本文的研究内容13
• 1.3.2 论文结构安排13-15
• 第2章 游艇的特点和受力分析15-22
• 2.1 游艇的性能特点15
• 2.2 游艇航行受力15-16
• 2.3 LIATN方法16-19
• 2.4 滑行艇动升力(矩)和静浮力(矩)的计算方法19-20
• 2.5 本章小结20-22
• 第3章 游艇静水航行时运动数学模型22-32
• 3.1 游艇静水中平面运动数学模型22-28
• 3.1.1 游艇平面运动坐标系22
• 3.1.2 游艇静水中平面运动方程22-23
• 3.1.3 运动参量的无量纲化23-25
• 3.1.4 作用于艇体上的力及力矩25-27
• 3.1.5 游艇三自由度运动微分方程27-28
• 3.2 游艇静水中垂荡纵摇运动数学模型28-31
• 3.2.1 运动数学模型28
• 3.2.2 作用于滑行艇的惯性类水动力(矩)28-29
• 3.2.3 作用于滑行艇的非惯性类水动力(矩)29-30
• 3.2.4 受力情况分析30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 游艇在规则波中航行时的运动数学模型32-40
• 4.1 游艇迎浪航行时的运动数学模型32-37
• 4.1.1 简化问题基本假设32
• 4.1.2 迎浪时常规排水式船舶垂荡纵摇运动数学模型32-34
• 4.1.3 迎浪时游艇垂荡纵摇运动数学模型34-37
• 4.2 游艇规则波中横摇的运动数学模型37-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第5章 程序实现与仿真实验40-56
• 5.1 仿真测试平台的编程实现40-42
• 5.1.1 模型解算流程40
• 5.1.2 类的定义及编程实现40-42
• 5.2 游艇运动模型仿真实验42-55
• 5.2.1 游艇运动模型的解算42
• 5.2.2 仿真实验试验艇数据42-45
• 5.2.3 仿真实验结果45-55
• 5.3 游艇模拟器成果55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 6.2.1 本文的不足57
• 6.2.2 未来的工作57-58
• 参考文献58-61
• 附录程序中类的定义61-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

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