船舶在波浪中的六自由度操縱運(yùn)動(dòng)模型研究.pdf

1、船舶操縱性是船舶重要的航行性能之一,研究船舶在波浪中的操縱運(yùn)動(dòng),搖蕩運(yùn)動(dòng)的影響不可忽略。本文就是基于這一研究背景對(duì)船舶六自由度操縱運(yùn)動(dòng)開(kāi)展了一系列的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。
　　試驗(yàn)研究方面,本文采用新型自航模試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)S175集裝箱船實(shí)施了規(guī)則波橫搖試驗(yàn)、靜水和規(guī)則波中的回轉(zhuǎn)、Z形試驗(yàn),并分別從波頻、波高、初始浪向角、舵轉(zhuǎn)速和舵向等方面對(duì)比分析了回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和Z形試驗(yàn)的參數(shù)變化規(guī)律。
　　數(shù)值模擬方面,本文基于經(jīng)典 MMG分離式模

2、型,考慮三自由度船舶平面運(yùn)動(dòng)與橫搖、縱搖、垂蕩運(yùn)動(dòng)的耦合,建立了波浪中船舶六自由度操縱耐波全運(yùn)動(dòng)模態(tài)的數(shù)學(xué)模型。船體力、槳力及舵力采用經(jīng)驗(yàn)公式估算。波浪力建模中,采用三維面元法計(jì)算零航速不同浪向下六自由度一階頻域波浪力及二階波浪漂移力,并利用卡明斯脈沖響應(yīng),在計(jì)入時(shí)間效應(yīng)的前提下,將頻域的阻尼系數(shù)和繞射波浪力分別轉(zhuǎn)化為時(shí)域內(nèi)的輻射和繞射力。在完善力模塊,操縱運(yùn)動(dòng)模塊和搖蕩運(yùn)動(dòng)模塊的計(jì)算后,在Fortran軟件環(huán)境下編寫程序采用四階龍格庫(kù)

3、塔法求解運(yùn)動(dòng)微分方程,完成六自由度的操縱運(yùn)動(dòng)建模。
　　本文應(yīng)用該模型對(duì)S175集裝箱船的操縱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與耐波性試驗(yàn)、自航模試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,初步驗(yàn)證了該模型程序各模塊和總體的有效性。本文還提出以三自由度運(yùn)動(dòng)模型和六自由度運(yùn)動(dòng)模型的差別來(lái)研究搖蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)操縱運(yùn)動(dòng)的影響;以考慮船舶漂移和忽略漂移模型的差別來(lái)研究操縱運(yùn)動(dòng)對(duì)搖蕩運(yùn)動(dòng)的影響的思路,對(duì)比分析了操縱-搖蕩運(yùn)動(dòng)耦合作用問(wèn)題,認(rèn)為六自由度運(yùn)動(dòng)模型對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用更明顯,