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船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究
| 论文题名： | 船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究 |
| 关键词： | 波浪操纵性;MMG分离模型;时域波浪力;自航模试验;六自由度运动模型 |
| 摘要： | 船舶操纵性是船舶重要的航行性能之一,研究船舶在波浪中的操纵运动,摇荡运动的影响不可忽略。本文就是基于这一研究背景对船舶六自由度操纵运动开展了一系列的试验和数值模拟研究。 试验研究方面,本文采用新型自航模试验系统对S175集装箱船实施了规则波横摇试验、静水和规则波中的回转、Z形试验,并分别从波频、波高、初始浪向角、舵转速和舵向等方面对比分析了回转试验和Z形试验的参数变化规律。 数值模拟方面,本文基于经典 MMG分离式模型,考虑三自由度船舶平面运动与横摇、纵摇、垂荡运动的耦合,建立了波浪中船舶六自由度操纵耐波全运动模态的数学模型。船体力、桨力及舵力采用经验公式估算。波浪力建模中,采用三维面元法计算零航速不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力,并利用卡明斯脉冲响应,在计入时间效应的前提下,将频域的阻尼系数和绕射波浪力分别转化为时域内的辐射和绕射力。在完善力模块,操纵运动模块和摇荡运动模块的计算后,在Fortran软件环境下编写程序采用四阶龙格库塔法求解运动微分方程,完成六自由度的操纵运动建模。 本文应用该模型对S175集装箱船的操纵运动进行了数值模拟,并与耐波性试验、自航模试验结果进行了对比,初步验证了该模型程序各模块和总体的有效性。本文还提出以三自由度运动模型和六自由度运动模型的差别来研究摇荡运动对操纵运动的影响;以考虑船舶漂移和忽略漂移模型的差别来研究操纵运动对摇荡运动的影响的思路,对比分析了操纵-摇荡运动耦合作用问题,认为六自由度运动模型对回转运动作用更明显,而对Z形运动则作用不大。基于此,本文从波浪条件、舵参数、水动力导数敏感度等方面对规则波回转运动轨迹和摇荡运动展开分析,对实际船舶操舵方案提出建议,并给出了船舶回转运动的极限波浪参数曲线。 |
| 作者： | 徐静 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 顾解忡;马宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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