双调距桨双舵船舶操纵运动建模与仿真研究

摘要

随着船舶设计和推进技术的发展，现代水面舰船推进器越来越多地采用双调距桨双舵推进，对于该类舰船的操纵和推进性能研究是具有理论和实用意义的重要问题。
　　本文研究了双调距桨双舵舰船操纵运动模型的建立和操纵性能优化问题，应用虚拟现实技术，实现了双调距桨船舶运动的虚拟现实仿真，直观地展现了所建立的舰船模型的操纵运动性能。本文完成的主要研究工作如下:
　　(1)本文根据某算例船型数据建立了双调距桨双舵船舶的MMG操纵运动模型，分别建立了作用于裸船体、桨和舵上的流体动力和力矩数学模型，用所建的模型进行了操纵性能仿真试验。
　　(2)在所建模型的基础上，利用粒子群优化算法对双调距桨船舶操纵性能和推进器负荷进行优化，旨在改善船舶的旋回性能和调距装置的可靠性，论文具体分析了船舶作旋回运动时旋回圈特性参数值和内外桨负荷值的变化。
　　(3)实现了双调距桨船舶运动和推进器传动机构的数字仿真和虚拟现实仿真，数字仿真部分利用Matlab/Simulink计算船舶运动模型的信息，包括船舶位姿、航速、航向角等，同时把数值信息实时体现在视景界面的船舶模型中;虚拟现实仿真部分通过Vega API获取船舶运动参数建立了基于Vega平台的船舶运动虚拟仿真系统，实现了船舶操纵视景仿真同时将在3D max中建立的模型在Creator中进行优化，利用DOF节点构建了动态模型，实现桨毂工作原理三维实时动画演示功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 船舶操纵运动控制研究现状

1．2．2 虚拟现实技术研究现状

1．3 课题的研究内容

第2章 船舶操纵运动数学模型

2．1 船舶操纵运动坐标系与运动方程的建立

2．1．1 船舶操纵运动坐标系

2．1．2 船舶运动数学模型的建立

2．2 裸船体上的流体动力和力矩

2．2．1 惯性类水动力及力矩

2．2．2 粘性类水动力及力矩

2．3 船舶运动主动力和力矩的数学模型

2．3．1 作用于螺旋桨上的流体动力和力矩

2．3．2 作用于舵上的流体动力和力矩

2．4 船舶操纵性能试验

2．5 小结

第3章 双调距桨船舶推进器负荷与操纵性能优化

3．1 从调距装置的可靠性考虑

3．1．1 桨毂负荷分析

3．1．2 桨叶负荷分析

3．2 从旋回性能考虑

3．3 推进器负荷与操纵性能优化

3．4 总结

第4章 双调距桨双舵船舶运动的虚拟现实仿真

4．1 船舶运动与推进的数字仿真

4．2 虚拟现实仿真

4．2．1 三维实体建模

4．2．2 动态模型的构建

4．2．3 基于DOF节点技术的实时仿真

4．2．4 仿真系统实现

4．3 系统仿真测试

4．3．1 航向保持虚拟仿真

4．3．2 旋回运动虚拟仿真

4．4 小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

作者简介