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双船过驳作业中航行控制和间隙水体运动研究
| 论文题名： | 双船过驳作业中航行控制和间隙水体运动研究 |
| 关键词： | 双船过驳作业;航行控制;水体运动;系缆护舷;流体粘性 |
| 摘要： | 随着船舶的大型化发展，其吨位和吃水不断增加，部分港口已经不能满足大型船舶靠泊要求。为了提高效益、减小大型船舶在港口作业的风险，船对船海上过驳作业发展迅速。目前的过驳船航行一般还是依靠人工操控进行的，但是人为调整航向缺少对船舶运动姿态以及外界环境变化的自调节能力，也容易受到主观因素的影响，所以实现过驳航行的自动化控制非常必要。另外双船过驳作业时，两船间隙较小，在某些海洋环境条件下，双船之间的水动力相互作用可能会随着两船间隙内流体的共振运动而加剧，这会导致船舶运动和受力的增加，从而限制了船上设备的可操作性。因此本文对过驳系统双船之间的水动力特性以及间隙流体运动机理进行了系统分析。 本文建立了四自由度操纵性数学模型，并通过编写运动控制系统来实现靠泊船靠泊阶段航行的自动化控制。分别对靠泊船在静水、规则波以及不规则波的环境条件下的航向控制效果进行了仿真模拟。结果表明，本文的控制策略具有较好的应舵转向及纠正艏向偏离的能力，各种环境条件下皆表现出良好的控制效果。 运用势流理论对双船不同横向间距下的水动力系数以及不同浪向下双船的运动响应、波浪力与波面升高进行了计算分析。基于CFD计算理论建立了数值波浪水池并对其造波的正确性进行验证。通过对双船附近的自由液面、流场速度矢量分布以及间隙波面升高和波浪力进行分析，研究双船过驳系统间隙内部的水体的响应特点及机理，分析了不同横向间距以及浪向的影响。 将CFD计算结果与势流理论进行对比，表明势流理论在计算双船过驳系统时由于无粘假设会导致共振频率附近的计算结果失真。通过在双船间隙自由水面施加粘性阻尼盖的方法对势流理论进行了修正，并研究了不同浪向以及不同横向间距对于修正阻尼系数的影响。研究表明，在横向间距一定的情况下，90°横浪要比180°浪向需要更大的阻尼修正系数，而且随着双船间距的增加，所需修正阻尼系数降低。对双船过驳系统在考虑与不考虑修正两种情况下的时域结果进行对比分析，结果表明双船各自由度的运动响应以及各系缆护舷的受力在不计及粘性修正时的计算结果皆高于修正后的结果，考虑流体粘性的修正是非常必要的。 |
| 作者： | 孟春蕾 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 刘利琴;沈文君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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