基于CFD的DP船運(yùn)動(dòng)建模及控制方法研究.pdf

1、動(dòng)力定位控制的研究熱點(diǎn)一直圍繞著船舶如何能夠在復(fù)雜海況下保持良好的控制效果而展開。動(dòng)力定位控制首先需要準(zhǔn)確的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，而水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)是船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的重要組成部分。目前,求取水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的方法主要有船模物理水試驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)公式估算法和基于CFD的數(shù)值模擬方法。物理水池實(shí)驗(yàn)獲得水動(dòng)力參數(shù)的方法，試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高，且具有尺度效應(yīng)，而經(jīng)驗(yàn)公式估算方法受船型制約，誤差較大?；贑FD的數(shù)值模擬試驗(yàn)方法，由于其試驗(yàn)周期短、成本低、能夠獲得全

2、面精確的流場信息等優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛的發(fā)展。
　　本文首先建立動(dòng)力定位船舶三自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型?；贔ossen建模的思想，并結(jié)合動(dòng)力定位船舶低速作業(yè)的特點(diǎn)，在一般船舶動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的簡化，最后得到了一種可供本文使用的相對簡單卻又不失合理性的船舶動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上得到了動(dòng)力定位船舶三自由度數(shù)學(xué)模型。其次，為了求取船舶水動(dòng)力參數(shù)，進(jìn)行了基于CFD的約束船模試驗(yàn)的數(shù)值模擬。針對目標(biāo)船舶建立了三維幾何模型，并按1:20對

3、船模進(jìn)行縮尺。為了便于數(shù)值模擬計(jì)算，本文采用了ICEM CFD前處理軟件對船模及其流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在此基礎(chǔ)上，以FLUENT軟件為仿真平臺(tái)，對某水面船進(jìn)行了直航試驗(yàn)、斜拖試驗(yàn)以及旋臂試驗(yàn)的數(shù)值模擬計(jì)算，得到水動(dòng)力及力矩值，并采用最小二乘法將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行線性回歸，得到相關(guān)的水動(dòng)力系數(shù)，通過與試驗(yàn)數(shù)值對比分析和船模仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證了數(shù)值方法的有效性和模型的正確性。最后，設(shè)計(jì)了動(dòng)力定位控制器。針對CFD數(shù)值模擬計(jì)算得到的船模參數(shù)存在一定的誤