探析拖航的运动建模与仿真

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1、大连海事大学硕士学位论文拖航的运动建模与仿真姓名：李强申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：洪碧光20090601中文摘要摘要本文以船舶平面操纵运动数学模型为理论基础，吸取了分离型建模(MMG)的思想，建立了包括船体、螺旋桨、舵单独性及其各部分之间的相互干涉的数学模型，充分考虑了港内操纵时浅水对拖航操纵性的影响，结合前人的研究成果建立一个完整的包括拖船、拖缆和被拖船的拖航操纵的数学模型；用龙格一库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算，并采用MATLAB数学工具语言中的Simulink工具箱对拖航的操纵运动进行仿真，本文对拖航操纵的研究采用定量和

2、定性相结合的方法，详细研究了拖航在静水、风流中的运动情况，以及影响拖航偏荡的因素。为保证无动力(因客观因素失去动力)船舶在海上的安全运行，拖船拖带己成为不可缺少的重要手段，因此，对拖航的操纵性能的研究显得尤为重要。通过本论文的研究，得出以下结论：被拖船的运动是由拖缆力以及被拖船水动力的耦合决定的，因此，拖航时会产生偏荡现象，即被拖船轨迹会在预定航迹线左右产生周期性的偏转。同时，被拖船的运动情况会反作用于拖船。风、流等外界干涉力会对拖航的运动情况产生影响。风会对拖航产生一定的偏航角，且随着受风面积的增大而增大。流的作用使拖航整体偏移，对偏荡程度的影响较小。除风

3、、流外，拖航速度、拖缆长度、拖带点在被拖船的位置、被拖船的载况与浮态、水深、拖船航向控制器的参数均会对拖航的偏荡产生影响。本课题的研究结果比较客观地描述了拖航运动特性，对驾驶人员安全的操纵船舶有着理论上的指导意义，为拖航操纵安全评估提供了理论参考依据，同时也为航海模拟器的研制与开发提供一定的理论基础。关键词：船舶操纵性；建模；船舶运动仿真；拖航；偏荡英文摘要ABSTRACTInordertostudythemaneuverabilityofTow,thisarticlegivesamathematicalmodelonthebaseoftheshipmane

4、uveringmathematicalmodelonwatersurface，AccordingtoMMG’Sseparatedmodelingtheory,theformulasforcalculatinghullhydrodynamicforce，rudderforceandpropellerforcearepresented，andthehydrodynamicinteractionamongthem；Aintegratedshallowwaterandlowspeedmathematicalmodelforsimulatingshipmaneuver

5、ingwithcableforceispresentedinthispaper,ThepapercalculatetheequationofmaneuveringmathematicalmodelbyRunge-Kuttamethod，andtheshipmaneuveringsimulationresearchesarecardedoutbyuseoftheMATLAB’SSimulinkToolboxinthispaper．Adoptthemethodofquantitativeandqualitativeanalysis，thepaperdiscuss

6、esthemotionoftowincalmwater,windandstream．Theseatowinghasbecomeanimportantwaytoinsurethesafenavigationofnonepowervessel(includingthevessellosepower)．So，ithasgreateffecttostudythetow’Smotion．Thestudyhasobtainedthefollowingconclusion：Thetowedvesselhasslewingsituation．duetotheforcewhi

7、chincludingcableforceandhydrodynamicforce，andthismotionCanaffectbacktotowingvessel．Theoutsideforcethatincludeswindandstreamhasanimpactonthetow’Smotion．AcertainyawanglewillbeproducedduetotheWind，andwillincreaseswiththeareaaffectedbythewindincreases．Cross—streamontheextentoftheimpact

8、ofbiasedswingwasless．butth