大型水面舰船操纵性仿真软件开发

摘要

大型水面舰船的发展对其工程设计中的操纵性预报方法及工具的需求愈加强烈,用于舰船操纵性预报的数值仿真方法也越来越受到关注。本文的主要目的是根据大型水面舰船在不同设计阶段对操纵性预报的不同精度要求,分别建立操纵性预报模型,并开发出可应用于工程实际的仿真预报软件,以满足舰船顶层方案设计阶段和详细技术设计阶段对操纵性预报的需要。
　　 本文首先对舰船的运动进行分析,通过合理的简化,建立运动坐标系下考虑横摇耦合的四自由度运动方程,并根据MMG分离建模思想,将舰船的受力分为裸船体水动力、主控力、环境干扰力;系统地阐述了作用在裸船体上的水动力及力矩计算模型,并通过分析比较不同的粘性水动力导数的计算方法,选取计算精度较高的模型用于数值仿真计算。
　　 其次介绍了螺旋桨和舵的水动力特性,并详细分析了船-桨-舵之间的水动力干扰,在一定的假设条件下提出针对大型水面舰船的四桨双舵和双桨双舵主控力数学模型。同时,基于定常风前提,推导出风作用力与舰船运动的关系,建立了风干扰力数学模型。
　　 然后根据舰船不同设计阶段对操纵性预报的不同精度要求,分别建立了舰船顶层方案设计阶段操纵性预报模型和详细技术设计阶段操纵性预报模型,并利用FORTRAN程序语言,采用四阶龙格-库塔法求解操纵运动微分方程,编制了可用于大型水面舰船不同设计阶段的操纵运动和操纵性预报的仿真计算程序。应用该程序进行了大量仿真计算,将计算结果与模型试验结果比较,验证了本文所建模型的正确性和可靠性。
　　 最后,通过对舰船操纵性仿真软件的需求分析,将以上仿真计算程序作为软件的主要核心部分,并采用VB语言和FORTRAN语言混合编程,编制了软件界面程序,开发成为一个可用于舰船不同设计阶段操纵性预报、并可将预报结果输出成格式化的计算报告书的大型水面舰船操纵性仿真软件。经对推进和操控面流体动力仿真模型的适当改造,本文给出的操纵性预报模型及仿真软件也适合应用于中型驱护舰操纵性的仿真预报。