拖轮协助下大型集装箱船四自由度港内操纵性研究

发布时间：2017-09-28 16:02

  本文关键词：拖轮协助下大型集装箱船四自由度港内操纵性研究

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【摘要】：随着集装箱船大型化的发展,船舶的操纵性问题日益突出,尤其体现在港口水域的操纵过程当中。因大型集装箱船本身的特性,其重心一般较高,满载时侧面积较大,易受风、流等外界因素影响,船舶在港内浅水低速情况下往往难以通过自力操船来克服,此时请求拖轮协助变得非常有必要。本文在参考国内外相关研究的基础之上,考虑了集装箱船在满速旋回时将产生较大横倾角这一特点,采用MMG思想建立了一个较为全面的包括横摇在内的大型集装箱船四自由度船舶操纵运动数学模型,目的是提高船舶运动仿真的精确性,并在模型中加入了拖轮力计算模型。之后使用MATLAB软件对拖轮协助下的大型集装箱船港内操纵进行了模拟仿真,通过旋回实船数据和仿真试验数据的对比,验证了所建立模型的准确性。 为研究大型集装箱船满载情况下港内操纵性及其运动规律,根据建立的船舶操纵运动数学模型,对船舶余速控制、顺流掉头、平移抵泊等工况进行了仿真,根据输出结果定量定性分析了其操纵要点。 本课题的研究结果可以使船舶驾驶人员更好的了解大型集装箱船的操纵特性,对于在实际生产中的大型集装箱船港内操纵具有一定的指导意义,同时对完善航海模拟器中大型集装箱船的操纵运动数学模型也有一定的参考意义。
【关键词】：拖轮协助 大型集装箱船 操纵运动数学模型 操纵性 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】：2014
【分类号】：U675.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题选取背景及研究意义9-10
• 1.2 课题的研究现状10-12
• 1.2.1 船舶运动数学模型的研究现状10-11
• 1.2.2 港内拖轮协助问题的研究现状11-12
• 1.3 本文的研究内容12-13
• 第二章 四自由度船舶操纵运动数学模型的建立13-36
• 2.1 船舶操纵运动的坐标系统和方程式13-16
• 2.1.1 船舶平面运动坐标系统13-14
• 2.1.2 三自由度船舶运动数学模型的建立14-15
• 2.1.3 四自由度船舶运动数学模型的建立15-16
• 2.1.4 船舶参数的无量纲化16
• 2.2 作用于船体上的流体动力和力矩的计算16-23
• 2.2.1 船体上惯性类流体动力及力矩的计算17-18
• 2.2.2 船体粘性类流体动力及力矩的计算18-23
• 2.3 作用于螺旋桨及舵上流体动力和力矩的计算23-30
• 2.3.1 作用于螺旋桨上的流体动力和力矩23-27
• 2.3.2 作用于舵上的流体动力和力矩27-30
• 2.4 船舶运动的干扰力数学模型30-32
• 2.4.1 风的干扰力数学模型30-31
• 2.4.2 流的干扰力数学模型31-32
• 2.5 船舶运动模型的浅水修正32-36
• 2.5.1 对附加质量和附加惯性矩的浅水修正32-33
• 2.5.2 对流体动力导数的浅水修正33-34
• 2.5.3 对螺旋桨推力和转矩的浅水修正34
• 2.5.4 对舵力和力矩的浅水修正34-36
• 第三章 拖轮力和船舶与拖轮之间的作用力36-45
• 3.1 拖轮的特性及作用36-37
• 3.1.1 港作拖轮的特性36-37
• 3.1.2 港作拖轮的作用37
• 3.2 所需拖轮的总功率和数量计算37-38
• 3.3 拖轮主动力及力矩的计算38-43
• 3.3.1 拖轮力和力矩模型38
• 3.3.2 拖轮水动力的近似估算模型38-40
• 3.3.3 拖轮桨四象限推力系数的近似估算模型40-43
• 3.4 拖轮与船舶之间作用力43-45
• 第四章 拖轮协助下大型集装箱船仿真45-70
• 4.1 船舶运动方程算法简介45-46
• 4.2 船舶运动仿真过程概述46-48
• 4.3 大型集装箱船仿真预报48-55
• 4.3.1 深水中大型集装箱船旋回仿真49-53
• 4.3.2 浅水中大型集装箱船旋回仿真53-55
• 4.4 港内不同工况下大型集装箱船仿真预报55-70
• 4.4.1 大型集装箱船不同风向下运动仿真55-59
• 4.4.2 主机停车控制余速仿真59-60
• 4.4.3 拖轮协助下大船停车减速运动仿真60
• 4.4.4 拖轮协助下大型集装箱船原地旋回仿真60-61
• 4.4.5 单拖轮协助大型集装箱船转向的效果比较61-63
• 4.4.6 顺流作用下集装箱船掉头仿真63-66
• 4.4.7 风流影响下平移抵泊运动仿真66-68
• 4.4.8 大型集装箱船进港仿真68-70
• 第五章 结论与展望70-73
• 参考文献73-77
• 附录A XIN SHANG HAI轮船舶参数77-78
• 致谢78-79
• 研究生履历79

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本文编号：936740