全回转拖轮停船性能建模与仿真

摘要

全回转拖轮是现代港作拖轮的主力船型。停船试验是典型的操纵性试验之一，建立全回转拖轮的停船运动数学模型，对提高拖轮模拟器的行为真实感和完善拖轮模拟器的操纵功能具有重要意义。全回转拖轮模拟器的开发，对于培训拖轮船员以及降低港内事故的发生具有重要的工程应用价值。为研究配备双导管定距桨和双导管调距桨的两类全回转拖轮的停船性能，本文主要做了以下工作:
　　(1)建立适用于拖轮全速域操纵运动的阻力模型。运用傅汝德换算法将直航总阻力分为摩擦和剩余阻力。借助塔格尔特Target图谱估算出剩余阻力，合理的将图谱从常速域拓展到低速域范围，以便适用于停船运动全速域变化的过程。
　　(2)建立导管定距桨四象限推力计算模型。在缺乏配套推力系数图谱的情况下，将搜集到的JD75导管定距桨第一象限推力图谱与诺尔特斯特洛姆Nordstrom螺旋桨四象限推力图谱进行有效整合，构造出了导管定距桨的四象限推力系数图谱。新图谱既考虑了导管的作用，又能实现四象限全工况操纵。
　　(3)建立符合导管调距桨实际多工况操纵的推力计算模型。将JD7704导管定距桨第一象限图谱修正成导管调距桨第一象限图谱，再与瓦格宁根C4-40调距桨多工况图谱进行整合，新图谱既加入了导管的作用，又体现了螺距可变的特性。
　　(4)利用Visual Studio搭建仿真平台，以“Delta Linda”拖轮和“Svitzer Mull”拖轮为仿真对象开展停船试验，包括倒车停船、停车停船以及变螺距停船。仿真结果与试验数据一致性良好，表明推阻力模型建立的方法是合理可行的，建立的停船运动数学模型是正确有效的，精度能满足航海模拟器的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 全回转拖轮发展现状

1．2．2 ASD拖轮模拟器研究现状

1．2．3 国内外停船性能研究现状

1．3 本文研究内容与安排

第2章 ASD拖轮停船运动数学模型

2．1 ASD拖轮的操纵特点

2．2 船舶空间运动方程

2．2．1 ASD拖轮停船运动坐标系

2．2．2 ASD拖轮停船运动数学方程

2．2．3 船舶运动数学模型的解算

2．3 水动力和力矩计算模型

2．4 主动力计算模型

2．5 本章小结

第3章 导管定距桨ASD拖轮建模

3．1 直航阻力计算模型

3．1．1 ASD拖轮直航阻力的计算

3．1．2 剩余阻力系数的计算

3．1．3 多项式的拟合与插值

3．2 导管定距桨推进器的概述

3．2．1 导管的特点

3．2．2 ASD拖轮与普通船舶的操纵性差异

3．3 导管定距桨四象限推力模型

3．3．1 导管定距桨第一象限计算模型

3．3．2 四象限螺旋桨推力计算模型

3．3．3 导管定距桨四象限推力计算模型

3．4 本章小结

第4章 导管调距桨ASD拖轮建模

4．1 直航阻力计算模型

4．2 导管调距桨推进器的概述

4．2．1 工作原理及特点

4．2．2 两种ASD拖轮的操纵性差异

4．3 导管调距桨推力模型

4．3．1 第一象限导管调距桨推力模型

4．3．2 可调距螺旋桨推力模型

4．3．3 导管调距桨推力计算模型

4．4 本章小结

第5章 ASD拖轮停船运动仿真

5．1 计算机仿真

5．1．1 仿真平台的搭建

5．1．2 仿真对象

5．1．3 仿真流程

5．2 停船仿真试验与分析

5．2．1 Ducted FPP型ASD拖轮停船试验

5．2．2 Ducted CPP型ASD拖轮停船试验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介