船舶设计变量对船舶操纵主要水动力导数及操纵性能影响研究

发布时间：2017-09-13 13:06

  本文关键词：船舶设计变量对船舶操纵主要水动力导数及操纵性能影响研究

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【摘要】：船舶操纵性灵敏度分析最初主要用于分析船舶操纵运动方程中各水动力导数的微小变化对船舶操纵运动的影响，以此来确定船舶操纵运动模型中各个水动力导数的重要程度，为我们建立有效的船舶操纵运动模型以及对应模型的简化提供有力的依据。 本文在参数化建模和水动力导数灵敏度分析的基础上，研究了船型参数对部分水动力导数和船舶操纵性能的影响。首先以KVLCC2为研究对象，通过CFD计算船模的斜航和回转运动，求取了对应的水动力和水动力导数，并与实验值进行对比。在验证了CFD计算方法之后，对本文以5100箱集装箱船为原型选出的28条系列船舶进行了斜航和回转的CFD计算，同样求取了对应的水动力和水动力导数。然后以Abkowitz非线性操纵运动数学模型为基础，编写了船舶操纵性预报程序，并将预报结果与船舶试验进行了对比。之后利用该程序对本文以5100箱集装箱船为原型选出的28条系列船舶进行了操纵性预报，求取了战术回转直径和第一超越角。其中Yr、Yv、N v、N r这四个水动力导数采用CFD计算得到，其他则用经验公式估算。最后针对现有的灵敏度分析方法做出了分析和归纳，并且从中找出了相对适合本文研究的分析方法：回归分析法。在考虑交互影响的前提下，利用回归分析法对6个设计变量对船舶的战术回转直径和第一超越角的影响进行了敏感性分析，并且对其灵敏度进行了排序。为船舶多学科设计优化提供了操纵性计算模型为船舶设计过程中参数的选取提供了参考。
【关键词】：船舶操纵性 CFD 水动力导数 灵敏度分析
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 研究的背景和意义7-9
• 1.2 国内外水动力导数计算研究现状9-12
• 1.2.1 国外相关研究9-10
• 1.2.2 国内相关研究10-11
• 1.2.3 国内外研究趋势11-12
• 1.3 船舶操纵性灵敏度分析研究现状12-13
• 1.4 本文工作简介13-14
• 第2章 基本理论和数值方法14-24
• 2.1 基本方程14
• 2.2 雷诺平均方程14-15
• 2.3 湍流模式15-17
• 2.4 近壁处理17-20
• 2.5 边界条件20-21
• 2.6 数值方法21-22
• 2.6.1 离散方法21-22
• 2.6.2 离散格式22
• 2.7 计算网格22-24
• 第3章 实验方案的确定24-33
• 3.1 水动力导数的灵敏度分析24-26
• 3.2 数值模拟运动方式的确定26-27
• 3.3 试验方案的选取27-33
• 3.3.1 常见试验设计方法介绍28-30
• 3.3.2 试验方案的确定30-33
• 第4章 船模斜航、回转的数值计算及水动力导数求取33-50
• 4.1 前言33
• 4.2 KVLCC2 三维几何模型33
• 4.3 船模斜航水动力计算33-42
• 4.3.1 斜航的计算域及边界条件34
• 4.3.2 斜航的计算工况34-35
• 4.3.3 网格划分35-36
• 4.3.4 斜航计算结果及分析36-39
• 4.3.5 所有方案的斜航计算结果及分析39-42
• 4.4 船模回转水动力计算42-50
• 4.4.1 计算相关参数和网格划分43
• 4.4.2 回转计算工况43-44
• 4.4.3 回转计算结果及分析44-46
• 4.4.4 所有方案的回转计算结果及分析46-50
• 第5章 船舶操纵运动仿真与模拟50-60
• 5.1 船舶操纵运动数学模型50-53
• 5.1.1 坐标系50-51
• 5.1.2 操纵运动方程51-52
• 5.1.3 Abkowitz 非线性操纵运动数学模型52-53
• 5.1.4 相关水动力导数的获取方法53
• 5.2 操纵运动方程的算法53-55
• 5.3 操纵运动仿真实现55-56
• 5.4 仿真验证56-60
• 第6章 操纵性灵敏度分析60-72
• 6.1 操纵运动参数的求取60-62
• 6.2 灵敏度分析方法介绍62-65
• 6.2.1 灵敏度分析方法概要62-65
• 6.2.2 灵敏度分析方法的选择65
• 6.3 船舶操纵性灵敏度分析65-72
• 6.3.1 回归分析法的基本原理65-67
• 6.3.2 船型参数对船舶操纵性的敏感性分析67-72
• 第7章 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：843869