内河拖带系统拖航安全研究

发布时间：2020-03-21 12:32

【摘要】：随着我国内河航运的迅猛发展和长江“黄金水道”建设的不断提速,内河拖航运输业务逐年增加并日益繁忙。内河拖航一般是由具有丰富经验的船舶驾引人员将拖船和大型船舶、隧道管节等被拖浮体组成的内河拖带系统拖航通过内河水域,其操作难度大,作业要求高的特点一直被拖航企业等相关单位重视和关注。一方面,内河航道通航环境复杂,交通流密度大,一定程度上增加了拖航的安全作业要求和危险系数;另一方面,被拖物多为无动力船舶或浮体,易受风、流、浅水效应的影响,且系统控制力仅由拖船给出,拖带系统的操纵性好坏直接影响着拖航安全。因此,十分有必要对考虑风、流、浅水影响的内河拖带系统拖航安全开展系统性研究。在此背景下,本文主要开展了以下工作:首先,在纵览国内外船舶操纵性研究进展的基础上,利用船舶操纵理论,建立了考虑浅水效应的船舶三自由度操纵运动数学模型,给出了各项模型参数的计算公式,为研究内河拖带系统操纵运动特征提供了基础。依托所建立的船舶三自由度操纵运动数学模型,提出了内河拖带系统操纵运动数学模型,并加入风、流干扰力和浅水影响。系统性开展了内河拖带系统直航和回转操纵运动仿真模拟,详细分析了拖缆长度、主机转速、风、流、浅水效应等对拖航运动的影响,给出了一系列拖航作业建议。研究结论可为实际拖航作业提供一定的理论支撑和技术指导。针对内河拖带系统中低速拖航易受风、流影响的特点,建立了内河拖带系统受风、流影响的漂移运动模型。通过与多工况多组次的实船试验数据对比分析,验证了模型的正确性和准确性。以南昌市红谷隧道管节拖航工程为例,详细分析了受风、流影响下的拖航安全限制条件的确定思路和研究方法,可为其他内河拖航工程提供借鉴指导。本文基于船舶操纵性理论,综合利用数学建模、实船试验、计算机仿真模拟三种方法,建立了内河拖带系统操纵运动数学模型和漂移运动数学模型,从定性和定量两个方面详细研究了内河拖带系统拖航安全问题。通过本文的研究,为内河拖带系统拖航安全研究提供了新途径。
【图文】：

示意图,船体坐标系,大地,示意图

标系也称大地坐标系，一般将固定于大地表准。如图 2-1 所示，坐标系原点为0O ，其中正向，0z 轴的正方向指向地心。值得注意的是，牛顿定律的船舶运动学问题。

拖缆,受力分析,拖航

为拖缆重量，E 为拖缆的弹性模量， A为拖缆横截面积；其他参数见图2-4。计算时均采用国际标准单位。内河拖带系统拖航中，，入水拖缆的阻力会影响整个拖带系统的拖航运动，根据相关拖航单位的经验估计，水中拖缆阻力和入水长度的估算公式为：221.224 1.122110000 10000 10001673.3tHD HV S d SR dTH TSd (2.71)式中，d 为拖缆的直径，V 为拖航速度，S 为拖缆入水的长度，均采用国际标准单位计算。对于HT 的求解，本文利用 MATLAB 软件编程，采用牛顿法进行迭代计算，最终得出稳定的数值解。2.4 外界干扰力计算模型2.4.1 风干扰力和力矩内河水域通航尺度受限
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U698

【参考文献】