船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究

发布时间：2017-09-16 13:32

  本文关键词：船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究

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【摘要】：船舶操纵性是船舶重要的航行性能之一，研究船舶在波浪中的操纵运动，摇荡运动的影响不可忽略。本文就是基于这一研究背景对船舶六自由度操纵运动开展了一系列的试验和数值模拟研究。 试验研究方面，本文采用新型自航模试验系统对S175集装箱船实施了规则波横摇试验、静水和规则波中的回转、Z形试验，并分别从波频、波高、初始浪向角、舵转速和舵向等方面对比分析了回转试验和Z形试验的参数变化规律。 数值模拟方面，本文基于经典MMG分离式模型，考虑三自由度船舶平面运动与横摇、纵摇、垂荡运动的耦合，建立了波浪中船舶六自由度操纵耐波全运动模态的数学模型。船体力、桨力及舵力采用经验公式估算。波浪力建模中，采用三维面元法计算零航速不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力，并利用卡明斯脉冲响应，，在计入时间效应的前提下，将频域的阻尼系数和绕射波浪力分别转化为时域内的辐射和绕射力。在完善力模块，操纵运动模块和摇荡运动模块的计算后，在Fortran软件环境下编写程序采用四阶龙格库塔法求解运动微分方程，完成六自由度的操纵运动建模。 本文应用该模型对S175集装箱船的操纵运动进行了数值模拟，并与耐波性试验、自航模试验结果进行了对比，初步验证了该模型程序各模块和总体的有效性。本文还提出以三自由度运动模型和六自由度运动模型的差别来研究摇荡运动对操纵运动的影响；以考虑船舶漂移和忽略漂移模型的差别来研究操纵运动对摇荡运动的影响的思路，对比分析了操纵-摇荡运动耦合作用问题，认为六自由度运动模型对回转运动作用更明显，而对Z形运动则作用不大。基于此，本文从波浪条件、舵参数、水动力导数敏感度等方面对规则波回转运动轨迹和摇荡运动展开分析，对实际船舶操舵方案提出建议，并给出了船舶回转运动的极限波浪参数曲线。
【关键词】：波浪操纵 MMG模型 时域波浪力 自航模试验 六自由度运动模型
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.33
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 课题背景及意义12-13
• 1.2 船舶操纵运动与波浪载荷理论研究综述13-20
• 1.2.1 船舶操纵运动数学模型研究综述13-16
• 1.2.2 波浪载荷理论和研究综述16-19
• 1.2.3 波浪中的操纵运动研究现状19-20
• 1.3 本研究的主要工作20-22
• 1.4 本研究的创新点22-23
• 第2章 波浪中六自由度操纵运动数学模型23-48
• 2.1 概述23-24
• 2.2 运动坐标系统24
• 2.3 六自由度操纵耐波全耦合运动模型24-46
• 2.3.1 船体力25-29
• 2.3.2 桨力29-30
• 2.3.3 舵力30-32
• 2.3.4 波浪力32-41
• 2.3.5 时变稳性高41-42
• 2.3.6 无因次化和尺度效应42-44
• 2.3.7 运动微分方程求解44-46
• 2.4 本章小结46-48
• 第3章 自航模试验研究48-74
• 3.1 概述48-49
• 3.2 自航模试验49-58
• 3.2.1 试验系统概述49-51
• 3.2.2 试验原理51-53
• 3.2.3 试验对象53
• 3.2.4 试验计划53-57
• 3.2.5 试验软件应用57-58
• 3.3 试验结果分析58-72
• 3.4 本章小结72-74
• 第4章 波浪中六自由度操纵运动仿真74-109
• 4.1 概述74
• 4.2 六自由度数值程序验证74-85
• 4.2.1 波浪力模块验证74-77
• 4.2.2 操纵性运动模块验证77-79
• 4.2.3 耐波性运动模块验证79-80
• 4.2.4 综合分析80-85
• 4.3 六自由度船舶操纵-摇荡运动耦合作用分析85-91
• 4.3.1 回转运动85-88
• 4.3.2 Z 形运动88-91
• 4.3.3 综合分析91
• 4.4 回转运动影响参数分析91-108
• 4.4.1 水动力导数敏感度91-93
• 4.4.2 回转轨迹影响参数分析93-100
• 4.4.3 回转摇荡影响参数分析100-108
• 4.5 本章小结108-109
• 第五章 研究总结与展望109-112
• 5.1 总结109-110
• 5.2 展望110-112
• 参考文献112-117
• 致谢117-119
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文119

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 马向能,朱小敏,江汉民,沈定安;新型襟翼舵水动力性能系列试验[J];船舶力学;1999年05期

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3 范佘明;船舶在随浪中的运动与横甩预报[J];船舶;2001年01期

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本文编号：863359