探索超大型船舶的风中保向性仿真研究

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1、大连海事大学硕士学位论文超大型船舶的风中保向性仿真研究姓名：吕巍巍申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：洪碧光20100601中文摘要摘要船舶在海上航行，难以避免受到风、浪、流等外界环境的影响，受这些因素的影响，船舶可能产生六自由度的运动状态。这些对船舶的安全航行都是不利的，其中首摇将改变船舶的航向，使其不能按预定航向航行，尤其是当船舶在航道或港内受限水域航行时，由于船速、水域宽度和水深等限制，船舶保持一定的航向至关重要。本文在参考国内外研究资料的基础上，利用日本的MMG建模思想，建立了

2、超大型集装箱船和矿石散货船的运动数学模型，主要研究了超大型船舶利用舵力保向的性能，考虑了船型、船速、风速、风舷角、载况及浅水对保向性的影响，并对运动数学进行了近似解算，得出保向舵角及保向界限的估算公式。贵岛胜郎的水动力计算模型，考虑了集装箱船、客滚船等现代船型的影响，故常速域下水动力采用贵岛胜郎的计算模型。对超大型集装箱船和矿石船的旋回运动进行仿真，仿真结果表明：文中建立的数学模型能够较精确地描述常速情况下这两种船型的运动状况。超大型船舶失去舵效的船速较高，本文不考虑低速域下的船舶运动。但在能维持舵效

3、而船速较低时考虑了浅水的影响。通过对水动力导数的浅水修正，实现了船舶在浅水中的保向性能的仿真，仿真结果定量和定性地反映了浅水对保向性能的影响。船舶在无风中航行，突然受风后，船舶将发生转首运动，为了保持原航向需要进行操舵抑制偏转。为了便于仿真，本为采用简单的PID控制器来作为命令舵角输入，仿真结果表明达到了较好的控制效果。本课题的研究结果定量和定性地描述了超大型船舶在风中的保向性能，对船舶驾驶人员了解超大型船舶在风中的保向能力有实际指导意义，为超大型船舶在风中航行的操纵安全评估提供了理论参考依据，同时也

4、为研究超大型船舶在风中的运动规律的仿真计算方法提供了一定的理论基础。关键词：超大型船舶；分离型模型；常速域；风：浅水英文摘要ABSTRACTItisdi伍culttoavoidaffectingbythe埘nd，wave，currentandotherexternalenvironmentwhenshipisunderway．Theshipmayhavesixdegreesoffreedomofmovementstate．Thesearedetrimentalforships’safenavigati

5、on,andtheyawwillchangetheship’Scourse，sothatitCallnotnavigateonthepredeterminedcourse．Especiallywhentheshipsailinginthewaterwayorharbor,duetoshipspeed，water’swidthanddepthandotherrestrictions，itisessentialtokeeptheshiponacertaincourse．Basedonthedomestic

6、andforeignresearchdata,thepaperestablishedamathematicalmodelforverylargecontainershipsandore／bulkcarriers．Theverylargeship’ScoursekeepingabilityinwindusingrudderWaSmainlyresearchedinthepaper．Consideringtheshiptype，shipspeed，winddirection,loadingconditio

7、nandtheeffectofshallowwateronthecoursekeepingability,andsolvingthemathematicalmodelapproximately,obtainedestimationformulaofrudderangleforcourse-keepingandwindlimitationforcourse-keeping．ForKijirnahydrodynamicmodelhavingconsideredtheaffectionofmodemship

8、suchascontainershipsandro—roship，atnormalspeed，hydrodynamicforceswerecalculatedusingKijimamodel．ThesimulationresultsofturningofverylargeshipsshowthatthemathematicalmodelCanmoreaccuratelydescribethemotion．ve巧largeshipswilllossther