大型双桨双舵船舶操纵运动建模与虚拟仿真

发布时间：2017-09-26 08:02

  本文关键词：大型双桨双舵船舶操纵运动建模与虚拟仿真

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【摘要】：随着集装箱船的大型化、快速化,出现了以航行的安全性、经济性和环保性为目标的双桨双舵大型集装箱船。本课题旨在研究并实现一个大型双桨双舵船舶操纵运动的虚拟仿真系统。 本文应用虚拟现实技术,构建马士基Triple E级集装箱船舶运动虚拟场景及其三维实体模型,利用Vega作为三维驱动平台,基于MFC框架,建立了双桨双舵船舶运动虚拟仿真系统。 首先,基于MMG建模机理,忽略两桨间的干扰作用,考虑风、浪、流的干扰力和力矩的影响,以Matlab/Simulik为软件平台,建立常速域大洋航行工况下的马士基Triple级集装箱船舶三自由度运动的数学模型,利用Matlab的RTW工具箱和Matlab引擎接口实现与VisualC++之间的数据交换。 然后,根据三维模型构建的技术指标和建模原则,确定建模方案,建立双桨双舵船舶操纵运动虚拟仿真场景所需要的虚拟场景和三维实体模型。本文的三维实体模型包括船舶、舵轮和桨舵局部模型,虚拟场景有船舶运动场景、舵轮场景、仪表场景和桨舵动作场景,分别详细的介绍了模型的构建和虚拟场景的配置过程。 设计并构建虚拟仿真系统,是本文的核心。本文所建立的虚拟仿真系统不仅完成了场景切换、环境切换以及视角切换的功能,还可以实现航向控制、旋回试验、Z型试验以及操舵控制四种操纵运动虚拟场景的切换。依据功能实现需求,详细阐述了系统的实现流程,将虚拟仿真系统分为数字仿真和可视化仿真两部分,并且就其中的关键技术作了说明。
【关键词】：双桨双舵船舶 船舶运动数学模型 虚拟现实 Vega
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U675.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 相关领域研究现状11-12
• 1.2.1 双桨双舵船舶的发展现状11
• 1.2.2 虚拟现实技术国内外研究现状11-12
• 1.3 课题总体方案和研究内容12-15
• 第2章 双桨双舵船舶运动数学模型15-36
• 2.1 船舶运动数学模型的建立15-18
• 2.1.1 船舶运动坐标系15-16
• 2.1.2 船舶平面运动数学模型的建立16-18
• 2.2 作用于裸船体上的流体动力和力矩18-22
• 2.2.1 惯性类流体动力和力矩18-19
• 2.2.2 粘性类流体动力和力矩19-22
• 2.3 双桨双舵船舶螺旋桨数学模型的建立22-26
• 2.3.1 敞水桨推力的计算22-24
• 2.3.2 船体对桨的干涉水动力24
• 2.3.3 螺旋桨对船体的干涉水动力24-25
• 2.3.4 螺旋桨横向力及力矩计算模型25-26
• 2.4 双桨双舵船舶舵机数学模型的建立26-29
• 2.4.1 舵叶平面正压力的计算27-28
• 2.4.2 其他参数的计算28-29
• 2.4.3 舵机模型29
• 2.5 船舶运动干扰力模型29-31
• 2.5.1 风的干扰力数学模型的建立29-31
• 2.5.2 流的干扰力数学模型31
• 2.6 船舶操纵性能试验31-35
• 2.6.1 旋回试验32-33
• 2.6.2 Z型试验33-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第3章 双桨双舵船舶虚拟场景及三维实体建模36-46
• 3.1 三维建模的技术指标及原则36-38
• 3.1.1 技术指标36-37
• 3.1.2 建模原则37-38
• 3.2 虚拟场景及其三维实体模型构建38-43
• 3.2.1 三维实体模型构建38-41
• 3.2.2 虚拟场景配置41-43
• 3.3 桨舵动画43-44
• 3.4 小结44-46
• 第4章 仿真系统总体设计及实现46-66
• 4.1 数字仿真部分46-48
• 4.2 可视化仿真部分总体实现48-51
• 4.3 功能模块的技术实现51-65
• 4.3.1 系统场景52-54
• 4.3.2 参数设置54-61
• 4.3.3 视角设置61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：922355