规则波中全回转拖轮运动建模与仿真

摘要

船舶日益大型化，港内水域操纵严重受限，使用以全回转拖轮为代表的港作拖轮协助大船靠离泊对于保障港口安全生产意义重大。全任务交互式拖轮模拟器能够更好地进行驾驶员、引航员等相关人员的培训。拖轮作业运动数学模型体现拖轮模拟器的行为真实感，模型精准与否是衡量拖轮模拟器性能的重要指标。建立拖轮六自由度运动数学模型能够更加精确地模拟出拖轮真实的运动状态，提升拖轮模拟器的品质。本文研究了规则波中全回转拖轮六自由度运动数学模型，主要完成以下工作:
　　1)在前人研究的基础上，基于分离型建模的思想，结合船舶操纵性与耐波性，建立全回转拖轮六自由度耦合运动数学模型。
　　2)鉴于全回转拖轮运动的多态性，本文采用杨盐生提出的兼顾低速域与常速域的水动力和力矩计算方法，计算操纵性相关的船体水动力和力矩;基于耐波性原理求取耐波性相关的水动力和力矩，其中与船舶垂荡、纵摇运动的相关水动力导数使用STF切片法计算。
　　3)借鉴芳村康南计算螺旋桨推力系数的方法，根据第一象限导管螺旋桨推力系数估算其他象限推力系数，建立了全回转导管螺旋桨推力模型。
　　4)将拖轮船体近似成箱形船，基于傅汝德-克雷洛夫假设，求取波浪干扰力和力矩，建立波浪力和力矩数学模型。
　　5)利用Visual Studio2013作为编程工具，搭建拖轮自航运动仿真平台，以DeltaLinda拖轮为仿真对象，进行静水中和波浪中拖轮运动仿真试验。试验结果表明，本文所建的规则波中拖轮运动数学模型能够满足实际工程要求，有一定的实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及现实意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 拖轮模拟器的研发现状

1．2．2 船舶运动数学模型的研究现状

1．2．3 ASD拖轮运动数学模型的研究现状

1．3 本文的研究内容

第2章 ASD拖轮六自由度数学模型

2．1 船舶操纵运动坐标系

2．2 ASD拖轮六自由度运动建模

2．2．1 六自由度操纵一耐波耦合运动方程

2．2．2 裸船体水动力模型

2．2．3 全回转导管螺旋桨组合推力数学模型

2．3 本章小结

第3章 船舶受力的计算

3．1 裸船体水动力和力矩的计算

3．1．1 惯性水动力和力矩的计算

3．1．2 粘性水动力和力矩的计算

3．2 全回转导管螺旋桨推力的计算

3．2．1 全回转导管螺旋桨推力的计算

3．2．2 螺旋桨推力系数与转矩系数的计算

3．2．3 伴流系数和推力减额的计算

3．3 规则波中船舶波浪力计算

3．3．1 一阶波浪主扰力和力矩的计算

3．3．2 二阶波浪漂移力和力矩的计算

3．4 本章小结

第4章 ASD拖轮运动仿真试验

4．1 仿真流程

4．2 ASD拖轮仿真试验及结果分析

4．2．1 静水中ASD拖轮仿真试验及结果分析

4．2．2 波浪中ASD拖轮仿真试验

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文主要工作

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介