舰船海上操纵与锚泊运动仿真数字模型研究

摘要

随着海上水面舰船的快速发展，用于数值仿真舰船水面运动的数学模型研究变得尤为重要。本文主要目的是建立舰船海上操纵与锚泊运动仿真数学模型，在验证此模型具有工程意义的基础上，设计开发适用于实时仿真舰船海上六自由度操纵与锚泊运动的可视化软件。
　　 首先，基于刚体运动理论，并结合船舶自身运动的特点，建立六自由度舰船运动方程。并根据MMG分离建模思想将方程右边的力(矩)分解为三个主要部分：主动力，即螺旋桨力、舵力、锚链力；环境干扰力，即风力、波浪力；裸船体水动力，包括惯性类水动力和粘性类水动力。
　　 其次，分别建立三部分作用力的数学模型，建模过程中，根据水面舰船的自身特点，选择合理的适用于双桨双舵的数学模型。其中充分考虑到螺旋桨、船体和舵三者之间的相互影响作用；对于锚链力，本文选取卧底状态的庄司邦昭悬链线方法；为了便于数值仿真，本文将风作用假设为定常力；对于波浪力，则根据傅汝德一克雷洛夫假设，并将船体简化为箱体，建立了相应的波浪干扰力与漂移力。
　　 然后，基于本文选择的数学模型建立数值仿真程序，并仿真计算波浪中的直航运动与静水中的回转运动，并将仿真结果与试验值相对比，以验证仿真系统的合理性与工程意义；仿真计算各种不同风浪环境下的舰船操纵运动与锚泊运动，分析研究不同环境对舰船海上运动的影响特性。
　　 最后，运用本文数学模型建立的核心程序，建立DLL动态链接库，依托VB6.0软件开发平台，开发设计用于实时仿真海上舰船操纵与锚泊运动的可视化软件。