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原文传递浅窄航道船舶操纵性能预报与运动仿真

论文题名：	浅窄航道船舶操纵性能预报与运动仿真
关键词：	浅窄航道;船舶操纵性能;运动仿真;船舶安全;操纵性预报
摘要：	船舶操纵性的研究是非常重要的一项课题，因为它直接影响到船舶安全以及船上人员及港口等航行水域的安全。过去再船舶设计阶段，对于船舶的操纵性是不太关心的，这主要是因为传统的设计方法是利用设计者的经验来设计船舶，而且大都有着不错的操纵性，更为重要的是，在过去对于船舶操纵性也不是很重视。自从国际海事组织(IMO)1993年发布国际船舶操纵性标准，到2002年最终修订，各国船舶设计者现在都面临着必须遵守该标准的问题，该文件有关船舶操纵性的标准中，就已经明确了在船舶设计阶段就要求船舶要有良好操纵性的重要性，同时IMO MSC 76/23/Add.1 Annex 6文件中还提供了评估船舶在深水区和限制性水域中的船舶操纵性标准。因此我们必须尽可能精确地在船舶的初始设计阶段船舶操纵性进行预报和评估保所造船舶符合要求。在设计之初，船舶还在船坞内时，我们就可以利用船舶操纵性预报技术来得到有关船舶在海上的操纵性，目前有许多方法可以对船舶操纵性进行预报，例如，如果能够提供通过实船模型试验或自航模试验得到的操纵性试验资料，就可以为新设计的船舶进行操纵性的预报，这种方法的前提是新船要与模型试验船船型一致或非常接近。在实际中，船舶设计者经常遇到在缺少充分的模型试验数据的情况下对船舶操纵性做出评估，即使有些利用经验公式对诸如像直线运动、回转运动可以进行预测，但还是不能对船舶进行全面的操纵性预报。因此就需要一种基于现有试验数据基础上就可以进行船舶操纵运动预报仿真的方法，船舶操纵性仿真的研究与发展得到广泛的关注。船舶操纵运动方程是任何仿真模型的核心，因为它确定了仿真结果的准确性。一般所有有关船舶操纵性预报的数学模型都可以称为水动力模型，因为这些模型对于各种不同条件下的操纵性预报只不过加了不同的力或力矩，除了船体产生的水动力和力矩，如需要舵就加上舵产生的力和力矩，需要桨就加上桨所产生的力和力矩。本文所考虑的船舶操纵运动定义为水平面内的三自由度运动问题，包括：纵形运动、横向运动和首摇运动，而垂荡、纵摇和横荡在不考虑波浪等恶劣状况下可以认为对船舶操纵性的影响不大，可以忽略。利用三自由度船舶运动方程的关键是得到船舶准确的船体水动力和力矩以及桨和舵产生的力和力矩，尽管这些水动力由于船舶的运动具有非常复杂的特性，但在模型中这些水动力都被假定为只与速度和加速度项有关表达式，其中与加速度项有关的主要是船体水动力、附加质量及附加惯性矩，与速度项有关的重要是船体水动力，以及舵和桨等其它船体附属物产生的力或力矩。这些力中，与船舶操纵性相关的最为重要的就是船体横向水动力和转首水动力，获得这些非线性水动力的关键是确定这些水动力系数，虽然这些水动力系数可以通过模型试验或如细长体理论和CFD的计算来获取，但在船舶设计阶段，更需要快捷的获取船舶操纵性的方法，从这点看，基于试验资料数据库法，利用简单的回归公式来计算水动力系数的方法更为有效。本文以Microsoft Visual C++6.0和MATLAB 6.5为平台建立了三自由度船舶操纵运动预报与仿真，利用基于试验资料数据库法的简单回归公式计算各水动力，利用机翼理论计算舵力，通过查取螺旋桨推进性能图谱求得螺旋的推力。由于在航道港口这类水域中，水深往往是受到限制，而且水深对于船舶操纵性的影响也非常显著，因此本文中所讨论的数学模型中的各个力和力矩都加入了由于潜水产生的影响，同时还加入了由于岸壁效应对船体产生的力和力矩。最终本文建立了适用于浅狭航道内的船舶操纵性数值预报仿真方法，此仿真模型不仅可以进行深水区和浅水区中船舶操纵性预报，而且还可以应用在限制性水域中船舶操纵性预报，为航道港口部门提供参考，确保船舶航行安全。
作者：	张淋
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	王志东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文