波浪作用下船舶操纵运动模拟

摘要

船舶操纵性是指船舶按照驾驶者的意图能保持或改变其航速、航向和位置的性能。在较为恶劣的海况下，由于船舶操纵性能差和操纵人员的驾驶不当造成海难事故时有发生，不仅造成人员伤亡，还引起海洋环境的大面积污染。因此，有必要引入一种能够分析预报船舶在作业海况中运动轨迹的模拟方法。本文以船舶运动频域势流理论为基础，应用时频域转换的方法研究船舶在波浪作用下的操纵运动时历；根据数值模拟结果对船舶阻尼时延记忆时间的有效长度进行分析选取；引入波浪力库的概念，提出一种具有工程使用价值的船舶耐波性计算程序，大大节省了波浪干扰力的计算时间，对船舶在波浪上操纵运动仿真给出了有效的改进。最后，在借鉴船舶操纵与耐波性计算两方面知识的前提下，以某一型船为例，研究船舶在不规则波浪作用下，一阶波浪力和二阶波浪力对船舶航行轨迹和运动姿态的影响。计算结果表明，该模型具有良好的工程使用价值，对船舶耐波性和操纵性研究有指导意义。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究意义和目的

1.1.1 研究意义

1.1.2 研究目的

1.2 国内外研究现状及进展

1.2.1 船舶操纵性能预报

1.2.2 船舶在波浪上的运动性能研究

1.3 本文主要工作及创新点

1.3.1 本文主要工作

1.3.2 本文主要创新点

第二章 规则波作用下的船舶时域运动分析

2.1 概述

2.2 船舶在波浪上运动的频域理论

2.2.1 船舶运动坐标系

2.2.2 船舶运动线性方程的一般描述

2.2.3 频域波浪扰动力计算原理

2.2.4 速度势控制方程及定解条件

2.2.5 建立在频率理论基础上的二维切片理论

2.3 基于时频域转换法的船舶运动

2.3.1 船舶时域运动方程

2.3.2 横摇粘性阻尼

2.3.3 时域运动方程求解

2.4 算例分析

2.4.1 规则波作用下的船舶直航运动时历

2.4.2 船舶横荡和首摇运动与直航速度的关系

2.4.3 阻尼记忆效应时延时间长度的选取

2.5 本章小结

第三章 随机海浪与波浪扰动力的数值模拟

3.1 随机海浪模型的建立与仿真

3.1.1 几种常见的随机海浪谱表达式

3.1.2 海浪的线性模型

3.1.3 不规则波浪的数值模拟方法

3.1.4 不规则波浪的仿真时的海况设置

3.2 波浪扰动力的仿真模拟

3.2.1 应用长峰波随机海浪叠加原理计算波浪干扰力和干扰力矩

3.2.2 脉冲响应波浪力

3.3 波浪力数据库

3.4 算例分析

3.5 本章小结

第四章 不规则波浪上船舶操纵运动的数值模拟

4.1 波浪作用下的船舶运动数值模型

4.1.1 波浪作用下的船舶操纵运动坐标系

4.1.2 波浪作用下的船舶时域运动方程

4.1.3 运动方程中系数的确定

4.2 船舶Z 型操舵运动模拟

4.3 船舶回转操舵运动模拟

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文