变态船模操纵性能仿真模拟研究

发布时间：2017-09-29 16:14

  本文关键词：变态船模操纵性能仿真模拟研究

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【摘要】：随着我国水运行业的快速发展,船模技术在航道整治和船舶通航的研究上也显得越来越重要。船模实验比传统的理论计算更具有直观性和可靠性,因此被广泛的应用到实际工程中。国内目前应用最为广泛的是正态船模技术,经过多年的研究实践,正态船模技术已经相当成熟。但是在现实中,由于实验条件、资金等的限制,大多数水工模型不是正态的,如何将船模技术应用到变态水工模型中,目前仍然是个难题。变态船模由于几何尺寸的变态,导致其与实船很难保证运动和动力相似。国内外目前对变态船模技术的研究很少,仅仅是从船型和船舶运动上做了基础的相似性研究,而国外虽然曾经有过将变态船模技术应用到实际工程的实例,但是并未对其做出深层次的研究,实验过程也比较粗糙。如果能从船舶操纵性上的影响因素上对变态船模展开深入的研究,不仅可以大大的增强船模技术的实际应用价值,而且也可以很大程度上减少因满足船模实验而特意建造正态水工模型所投入的资金。本文从变态水工模型的理论基础出发,推导了变态船模操纵性运动因素的比尺,同时依据一阶船舶操纵响应方程对变率引起的船模操纵性能的变化进行了简单分析。本文的主要工作是根据日本操纵性数学模型研讨组(Manoeuvring Model Group,简称MMG)提出的船舶操纵性方程型建立了变态船模操纵性的数学模型。根据此数学模型,运用MATLAB软件编程模拟了四种不同变率变态船模Z形实验和回转实验。将实验模拟的结果与正态船模实验模拟的结果进行了比较,从中得出变率对船模实验的影响因素和影响程度。根据此次的模拟计算,发现当变态船模的变率较小η=1.1时,由于船体、舵和桨的形状和航行时所受到的力变化很小,其Z形实验数据和回转实验数据基本和正态船模无差异,可以替代正态船模进行船模实验。而当变率增大后η=1.25时,船舶运动情况发生了明显的变化,在回转实验中,船模的回转直径明显增大,且随着变率的增大,回转直径也越来越大。通过数据分析,得出较大变率的变态船模与正态船模相比,有较好的应舵性和较差的回转性。因此在运用变态船模进行船模实验时,需要对船模的尺度效应进行修正,以便使船模和实船的操纵性相似。
【关键词】：变态船模 Z形实验 船模回转性 船舶操纵
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究背景9-12
• 1.3 本论文研究内容及方法12-14
• 第二章 船模实验的相似理论基础14-23
• 2.1 船模实验基本的相似理论14-15
• 2.1.1 几何相似原理14-15
• 2.1.2 运动相似原理15
• 2.1.3 动力相似原理15
• 2.2 模型实验的相似准则的确定15-18
• 2.2.1 分析法16-17
• 2.2.2 因次法17
• 2.2.3 公式推导出法17-18
• 2.3 模型实验应用的相似准则18-20
• 2.3.1 重力相似准则18-19
• 2.3.2 阻力相似准则19-20
• 2.4 变态船模操纵性运动参数相似比尺的确定20-22
• 2.4.1 变态船模比尺设计存在的难点20-21
• 2.4.2 变态船模尺寸效应及其修正21
• 2.4.3 变态船模的参数比尺确定21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 船模实验操纵性的理论基础23-42
• 3.1 船舶操纵性基础23-24
• 3.2 船舶的旋回性能24-28
• 3.2.1 船舶的旋回过程24-25
• 3.2.2 旋回圈及其要素25-27
• 3.2.3 航向稳定性和保向性27-28
• 3.3 船舶操纵性预报的水动力模型的方法28-33
• 3.3.1 MMG模型28-30
• 3.3.2 船体上所受到的水动力30-31
• 3.3.3 推力和舵力31-33
• 3.4 船舶操纵性响应方程33-40
• 3.4.1 响应方程的建立33-38
• 3.4.2 响应方程的解38-40
• 3.4.3 变态船模尺度效应修正的问题40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 变态船模操纵性的数学模型建立42-52
• 4.1 变态船模操纵数学模型42-46
• 4.1.1 船模附加惯性矩和附加惯性力矩42-43
• 4.1.2 作用于船体上的水动力计算43-44
• 4.1.3 作用于船舵和螺旋桨上的水动力计算44-46
• 4.2 变态船模操纵性方程计算方法46-48
• 4.3 对于船模Z形实验的模拟方法48-50
• 4.3.1 船模Z形实验方法48-49
• 4.3.2 变态船模的Z形实验仿真原理49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 变态船模操纵性的模拟计算52-71
• 5.1 变态船模操纵性的计算方法52-54
• 5.2 变态船模操纵性的模拟计算54-59
• 5.2.1 Matlab简介54-55
• 5.2.2 变态船模操纵方程的程序设计55-56
• 5.2.3 仿真模型的实现56-59
• 5.3 变态船模操纵性程序模拟分析59-62
• 5.3.3 变态船模的设计59-62
• 5.4 变态船模Z形实验模拟62-66
• 5.5 变态船模的回转实验模拟66-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 本文结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 附录 变态船舶 Z 形实验模拟数据77-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蔡汝哲,蔡创;通航小尺度船模相似性问题[J];中国港湾建设;2005年04期

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本文编号：942987