螺旋桨逆转工况下船舶运动建模与仿真

发布时间：2017-04-15 01:05

  本文关键词：螺旋桨逆转工况下船舶运动建模与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了使操船者能够准确预判船舶动态，减少乃至避免事故的发生，船舶在限制水域的多工况仿真预报的研究尤为重要，实际意义十分明显。然而，到目前为止，关于螺旋桨反转制动及倒航的仿真预报研究仍然不够成熟。本文对船舶运动建模与仿真的研究工作是在考虑到船和环境的相互作用下进行的。 首先，考虑到船舶在螺旋桨逆转情况下必将经历倒车制动和倒车倒航过程。因此，本文在对前人提出的常速域数学模型和浅水、低速、大漂角数学模型研究的基础上，并考虑到船舶运动的连续性，采用了将两种数学模型相结合的方法建立了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、大漂角情况下的运动特性的船舶运动数学模型。即在建立运动数模时，，小漂角(小于20度)采用贵岛模型，大漂角(大于30)采用芳村模型，漂角在两者之间是采用两个模型的内插。考虑浅水影响时采用了贵岛的研究结果。 然后，为了满足船舶多工况动态仿真的需要，本文给出适用于计算机仿真的螺旋桨推力系数与转矩系数的四象限计算方法。并用MATLAB工具编辑了计算程序，能使计算机直接根据输入的船型参数方便的计算出B系列螺旋桨的四象限特性曲线并用于船舶操纵运动仿真预报，为最后利用Matlab仿真创造条件。在考虑螺旋桨横向力对船舶操纵运动的影响时，根据各种横向力的物理成因采用了理论计算的方法，并将结果用于最后的仿真。 最后，为验证本文所建议的模型的正确性与可行性，结合前人的在船舶数学模型方面的理论和经验，利用Matlab进行了船舶旋回、制动和倒航实例仿真并与实船试验进行了比较，吻合很好，验证了该数学模型的正确，有效，可用于螺旋桨逆转工况下的船舶运动性能参数的计算与预报。其中为使预报结果更接近实际，还考虑了风、流及浅水影响，得到了一系列满意的仿真预报结果。
【关键词】：船舶运动数学模型 螺旋桨横向力 船舶制动 四象限推力与转矩
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U661.336
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题依据的历史背景10-12
• 1.2 课题的提出及本文的主要工作12-15
• 第2章 船舶运动数学模型的建立15-31
• 2.1 船舶平面运动的坐标系统和运动方程15-19
• 2.1.1 船舶平面运动的坐标系统15-17
• 2.1.2 船舶平面运动方程的建立17-19
• 2.2 船体流体动力的计算19-29
• 2.2.1 船体惯性类流体动力及力矩的计算19-20
• 2.2.2 船体粘性类流体动力X_H、Y_H及力矩N_H的求取20-26
• 2.2.3 船舶流体动力导数的浅水影响26-29
• 2.3 船舶主动力及力矩的计算模型29
• 2.4 船舶干扰力(风、流)及力矩的计算模型29-31
• 2.4.1 风的干扰力计算模型29-30
• 2.4.2 流干扰力的计算模型30-31
• 第3章 螺旋桨四象限推力与转矩的计算31-42
• 3.1 伴流系数的计算与浅水影响31-32
• 3.1.1 伴流系数ω_p的计算31-32
• 3.1.2 伴流系数ω_p的浅水修正32
• 3.2 推力减额系数t_p的计算32-34
• 3.2.1 正车前航时推力减额系数的计算32-33
• 3.2.2 倒车前航时推力减额系数的计算33
• 3.2.3 倒车倒航时推力减额的计算33
• 3.2.4 船舶横向和旋转运动对推力减额的影响时33-34
• 3.2.5 螺旋桨负荷变化对推力减额的影响34
• 3.2.6 推力减额系数的浅水修正34
• 3.3 桨的四象限推力系数与转矩系数的计算34-42
• 3.3.1 桨的四象限推力系数，转矩系数的构成35-36
• 3.3.2 桨的四象限推力系数，转矩系数的 MATLAB实现方法36-38
• 3.3.3 计算实例38-42
• 第4章 螺旋桨逆转工况下横向力的计算42-55
• 4.1 船舶伴流横向力的计算43-47
• 4.1.1 伴流横向力的产生机理43-45
• 4.1.2 伴流横向力的理论计算45-47
• 4.2 螺旋桨排出流横向力的计算47-50
• 4.2.1 排出流横向力的产生机理47-48
• 4.2.2 排出流横向力的理论计算48-50
• 4.3 螺旋桨斜流横向力的计算50-53
• 4.3.1 斜流横向力的产生机理51-52
• 4.3.2 斜流横向力的理论计算52-53
• 4.4 螺旋桨逆转时其横向力及力矩的综合计算53-55
• 第5章 螺旋桨逆转工况下船舶运动仿真55-67
• 5.1 船舶旋回性能仿真56-58
• 5.1.1 船舶深水旋回仿真56-57
• 5.1.2 船舶浅水旋回仿真57-58
• 5.1.3 小结58
• 5.2 船舶制动性能仿真58-64
• 5.2.1 压载状况下的船舶制动仿真58-59
• 5.2.2 不同进速下的船舶制动仿真59-61
• 5.2.3 浅水影响下的船舶制动仿真61
• 5.2.4 风影响下的船舶制动仿真61-62
• 5.2.5 流影响下的船舶制动仿真62-63
• 5.2.6 小结63-64
• 5.3 船舶在螺旋桨逆转工况下的全过程运动仿真64-67
• 5.3.1 仿真预报曲线图64-65
• 5.3.2 小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间公开发表的论文72-73
• 致谢73-74
• 研究生履历74

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蒋志金;张文孝;任莉;;基于Simulink的船机桨网匹配建模与仿真[J];装备制造技术;2013年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何舒;浅水对低速船舶舵效影响的研究[D];大连海事大学;2011年

2 雷正玲;救助船动力定位智能控制及仿真的研究[D];大连海事大学;2011年

3 韩冰;微型潜艇气动推进系统的设计与仿真[D];江苏科技大学;2011年

4 宋春楠;船舶电力推进系统中螺旋桨负载模拟的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 代如亮;港内低速时船舶舵效的研究[D];大连海事大学;2007年

6 李修强;船舶运动建模与特性仿真研究[D];武汉理工大学;2010年

7 王少鹏;吊舱电力推进控制系统的仿真研究[D];江苏科技大学;2010年

8 杨柏梅;螺旋桨负载特性的半实物仿真平台研究[D];大连海事大学;2013年

9 伍文晖;水面无人艇试验平台设计[D];大连海事大学;2013年

10 黄瑶瑶;船舶倒车过渡工况仿真分析研究[D];武汉理工大学;2013年

  本文关键词：螺旋桨逆转工况下船舶运动建模与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：307236