船舶操纵运动数学模型及其在通航安全论证中应用

摘要

随着船舶大型化的发展，港口和内河中的船舶操纵安全成为需要迫切深入研究的问题。目前各国有关港口工程和内河航道的技术规范中，对于满足船舶航行安全的流场条件一般只有笼统的规定，而对于具体流场条件尤其是非恒定非均匀流场对船舶航行安全的影响很难给出明确的规定。为此，采用船舶操纵数学模型模拟复杂流场下船舶的操纵运动，成为通航安全论证的重要手段，根据模拟结果可进一步对港口平面设计方案和建筑物型式做出合理选择。本文建立了船舶操纵数学模型，并耦合了潮流数学模型，在模型获得验证的基础上对龙口港航道设计中不同方案的船舶操纵安全性进行了评价。本文的具体工作和主要结论为： 1.应用分离法，即分别考虑作用在船体、螺旋桨和舵上的力和力矩以及三者之间的相互影响，建立了船舶操纵数学模型。用龙格一库塔法对船舶操纵运动方程进行数值求解，耦合潮流数学模型，模拟船舶在复杂流场下的操纵运动，从而建立了用于通航安全论证的模拟系统。 2.利用建立的模拟系统对龙口港工程不同航道设计方案的流场和通航安全问题进行了计算和分析。结果表明，6万吨散货船按照6kn设计航速行驶时在未建防波堤情况下由于航道内横流流速较大而不能顺利进港；建防波堤后由于流场改善船舶能顺利进港；修改的规划方案也满足进港要求。 3.在流场一定的条件下模拟了不同载重量船舶的进港操纵运动。结果表明，同样流场条件下小船的操纵性优于大船的操纵性。随着船舶大型化的发展，船舶进港的操纵安全性越来越难以满足，因此通航安全论证在今后的港口规划发展中将起着越来越重要的作用。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2相关研究综述

1.3本文的主要研究工作

第二章 船舶操纵运动数学模型

2.1操纵运动方程

2.2水动力的表示及水动力导数表达

2.3船舶控制力的模拟

2.4环境影响的模拟

2.5用于船舶操纵控制的自动舵系统

2.6用龙格-库塔法求解运动方程

2.7计算机实现

2.8无外力作用下模型的验证

2.9本章小结

第三章 潮流计算数学模型

3.1 ADCIRC简介

3.2潮流计算设置

3.3模型验证

3.4本章小节

第四章 船舶操纵数学模型在通航安全论证中的应用

4.1船舶操纵运动的评价标准研究

4.2龙口港平面布置及船舶航行条件研究概述

4.3未建防波堤方案船舶进港条件评价

4.4建防波堤规划方案船舶进港操纵性评价

4.5修改规划方案船舶进港操纵性评价

4.6本章小结

第五章 不同吨位船舶进港操纵性比较

5.11.5万吨散货船旋回操纵运动模拟及参数设置

5.2未建防波堤方案落急时段1.5万吨与6万吨散货船操纵运动比较

5.3规划方案涨急时段1.5万吨与6万吨散货船操纵运动比较

5.4本章小节

第六章 结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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