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基于源汇分布法的船舶垂荡纵摇运动建模研究
| 论文题名： | 基于源汇分布法的船舶垂荡纵摇运动建模研究 |
| 关键词： | 船舶垂荡;船舶纵摇;源汇分布法;新切片法 |
| 摘要： | 船舶运动数学模型作为航海模拟器行为真实感的关键技术，在船舶操纵中起到关键作用。为解决因使用经验公式和图谱所造成航海模拟器中船舶运动模型精度低的问题，本文基于切片理论建立可靠、实用的船舶运动数学模型，对波浪中船舶垂荡纵摇运动数学模型的建立进行研究。本文主要包含以下几个工作： 1.建立船舶垂荡纵摇运动数学模型。采用新切片法，对船舶在规则波中作垂荡纵摇运动时的受力情况进行分析，构建了在规则波中船舶垂荡纵摇运动的微分方程组。在此之后，得出船舶在垂荡纵摇运动时所产生的水动力系数与波浪力及力矩的求解公式，得到船舶在规则波中垂荡纵摇运动模型。 2.基于源汇分布法求解数学模型中各项系数。运用源汇分布法，在船体表面上分布若干强度待定的点源，使船体周围产生的速度势均满足除物面条件外的其它边界条件，再通过满足物面条件求出源强，从而求得船舶各剖面的附加质量和阻尼系数。采用“加盖”法对求取结果进行处理，本文结果未出现不规则频率这一现象。以SL-7集装箱船为例，计算该船二维剖面的附加质量和阻尼系数。然后，求出在各航速下的WigleyⅢ型船各项水动力系数和波浪力及力矩，分析本文所得结果和实船数据之间差异以及航速对各项结果的影响。最后，通过将不同船型的Wigley模型的水动力系数进行对比，探索船型参数对船舶水动力系数的影响。 3.对运动方程进行解算并将结果应用到航海模拟器中。运用四阶龙格库塔法，对本文建立的船舶运动模型进行了解算。结合Wigley?的型值数据，得到Wigley?型船在不同航速和不同波长船长比的情况下船舶垂荡纵摇运动的仿真结果，通过将所得结果与水池试验和田才图谱所得的数据进行对比，验证本文研究内容相较于航海模拟器中使用的近似图谱更为精确。对不同航向下和作旋回运动时的育鲲轮进行运动仿真，得到育鲲轮垂荡纵摇运动时历。在此之后，将计算结果应用到航海模拟器中，完成其实时运动姿态的可视化应用。 作为船舶摇荡运动的重要组成部分，船舶垂荡纵摇运动对船舶在海上航行安全的影响重大。本文基于源汇分布法，运用新切片法，构建出船舶在规则波中的垂荡纵摇运动模型。在对船舶垂荡纵摇运动进行仿真之后，通过将本文运算的结果应用到航海模拟器中以达成可视化仿真，验证了本文构建的船舶运动数学模型的工程适用性。 |
| 作者： | 任航 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 任俊生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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