船舶在风浪中的操纵运动仿真

发布时间：2017-05-01 20:12

  本文关键词：船舶在风浪中的操纵运动仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文在船舶平面操纵运动数学模型的基础上，，建立了考虑船舶操纵过程中的横倾耦合，以及在风、浪、流等干扰力和力矩作用下的船舶操纵运动数学模型，并就船舶在风浪中操舵后的横摇特性进行了深入的研究。 在建立数学模型时分别考虑了作用在船体、桨、舵上的力和力矩以及三者之间的相互干涉，充分考虑了船舶平面运动与横倾的耦合，以及转舵横倾力和力矩、横倾恢复力和力矩，船体流体动力和力矩、横摇阻尼力和力矩、船体惯性力和力矩、风浪等外界干扰力和力矩在横摇方向的相互作用关系。用龙格—库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算，并采用Visual C++程序设计语言，对船舶操纵性试验进行了仿真计算。本文对船舶在风、浪中采取的不同操纵方案与横摇角之间的关系进行了定量分析。通过计算得出在横风、横浪的情况下，可能造成的危险局面，从而提出了操纵舵角与最大横摇角估算图谱。 通过本论题的研究，得出以下结论： 船舶在风、波浪中操舵回转过程中，在风、浪产生的横倾力矩和转舵横倾力矩的共同作用下，可能造成较大的横倾角。计算结果表明由操舵及波浪作用引起的船舶最大横倾角的大小与转舵引起的横摇相位和波浪引起的横摇相位之间的关系有关。两者相位相同时，横摇角较大，反之较小。在波浪的作用下，即使是操较小的舵角，也可能造成较大的横倾。 本课题的研究结果对船舶驾驶人员在实际操船过程中具有一定参考价植，同时，也为模拟船舶在波浪中的操纵性能提供了一定的理论方法。
【关键词】：横摇 风、浪 操纵性 数学模型 运动仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 课题背景及意义7-8
• 1.2 课题的研究现状8-12
• 1.2.1 船舶操纵运动数学模型的研究现状8-10
• 1.2.2 船舶在波浪中的运动特性的研究现状10-12
• 1.3 课题的研究内容12-13
• 第2章 船舶运动数学模型13-39
• 2.1 操纵运动方程13-18
• 2.1.1 坐标系及运动学物理量之间的关系13-15
• 2.1.2 运动方程式的建立15-17
• 2.1.3 运动参量的无因次化17-18
• 2.2 裸船体上的流体动力及力矩计算模型18-26
• 2.2.1 惯性类流体动力及力矩模型18-19
• 2.2.2 粘性类流体动力及力矩模型19-26
• 2.3 螺旋桨及主机特性计算模型26-31
• 2.3.1 螺旋桨推力及转矩计算模型27
• 2.3.2 螺旋桨处伴流系数和推力减额系数的计算27-29
• 2.3.3 螺旋桨推力系数和转矩系数的计算29-30
• 2.3.4 主机特性计算模型30-31
• 2.4 舵及舵机特性计算模型31-36
• 2.4.1 考虑螺旋桨、船体对舵的干涉时正压力的计算32
• 2.4.2 舵处来流有效流速及有效冲角的计算32-35
• 2.4.3 系数a_H、x_H、x_R、t_R的计算35-36
• 2.4.4 舵上流体动力和舵机模型36
• 2.5 船舶横摇力矩计算模型36-39
• 2.5.1 船舶横摇阻尼力矩模型36-37
• 2.5.2 船舶横摇恢复力矩模型37-39
• 第3章 船舶运动干扰力数学模型39-52
• 3.1 风的干扰力的数学模型39-44
• 3.1.1 作用于船体上的平均风压力和力矩的计算39-41
• 3.1.2 风压力系数和风压力的矩系数的估算41-44
• 3.2 一阶波浪干扰力和力矩数学模型44-51
• 3.2.1 考虑波浪干扰的坐标系统44-47
• 3.2.2 规则波的干扰力47-51
• 3.3 流的干扰力数学模型51-52
• 第4章 计算机仿真实现与安全分析52-69
• 4.1 运动方程算法的介绍-龙格-库塔法52-54
• 4.2 计算机实现54-56
• 4.3 仿真计算实例56-67
• 4.3.1 实船试验与仿真计算比较56-58
• 4.3.2 船舶在不同工况下的操纵运动仿真58-67
• 4.4 船舶在横风、横浪中的操纵安全评价67-69
• 第5章 结论与展望69-71
• 攻读学位期间公开发表的论文71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵琳;荣文婷;;舰载武器惯导系统传递对准仿真验证的研究[J];传感器与微系统;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 杨素军;船舶航行性能虚拟测试系统研究[D];中国舰船研究院;2011年

2 路宽;耙吸式挖泥船运动数值模拟与挖掘精度控制研究[D];天津大学;2012年

3 于影;舰船航行纵向补给对接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 叶光;基于VV&A的船舶运动控制系统仿真的研究[D];大连海事大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 袁瑞琴;嵌入式动力定位控制器的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王丹丹;救助船相对受援船动力定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 秦桂晓;铰链式拖驳船的运动建模与仿真[D];大连海事大学;2011年

4 马永杰;船机桨匹配及数值仿真[D];华中科技大学;2011年

5 李源;补给船船位广义预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 谭劲锋;非线性滤波器在某船动力定位中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 时俊宇;基于潜器空间运动的惯导系统适应性问题研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

8 徐明彩;大型水面舰船操纵性仿真软件开发[D];哈尔滨工程大学;2011年

9 薛彦卓;船舶操纵模拟与航迹规划研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

10 姚云熙;水面无人艇在风浪流干扰下的运动仿真[D];哈尔滨工程大学;2007年

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本文编号：339573