(最新)航海模拟器中六自由度船舶运动数学模型的研究

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1、大连海事大学博士学位论文航海模拟器中六自由度船舶运动数学模型的研究姓名：张秀凤申请学位级别：博士专业：交通运输工程指导教师：金一丞20091201中文摘要摘要1995年修正的STCW公约增加了包括模拟器训练、特殊类型船舶、基本安全和人员管理在内的多种强制性和非强制性的培训项目。航海模拟器中的船舶运动数学模型精确度直接影响航海模拟器的行为真实感，为此，挪威船级社(DNV)对航海模拟器的认证标准提出从2002年2月1日起A级船桥模拟器应采用六自由度船舶运运数学模型的要求，2007年10月DNV新标准对B级船桥模拟器也提出了应采用六自由度船舶运动数学

2、模型的要求。因此，研制和开发适用于航海模拟器的六自由度船舶运动数学模型己迫在眉睫。本文采用分离建模的思想，分别对不同推进方式下的船舶在风、浪、流联合作用下的六自由度运动数学模型进行了建模。采用经验公式估算裸船体水动力系数，并给出了基于丹麦航海研究所(DMI)水池实验数据的部分水动力系数的回归公式。应用定距桨四象限图谱的回归公式，近似计算定距桨的推力和扭矩系数；采用等效螺距的思想得到平推桨相对于定距桨而言的螺距，依据图谱计算平推桨的推力和扭矩系数。基于波浪线性化理论，将不规则波的波谱进行离散化，得到多个不同频率的规则波。规则波对船舶的作用，可作为

3、正弦激励，依据输入激励与输出响应之间的传递函数关系，计算出船舶在波浪上的响应，然后将多个规则波中的响应叠加；同时，采用箱型船假设，估算船舶的受力和力矩，再将多个规则波中受力进行叠加，通过求解微分方程组得到船舶运动的响应。为验证所建船舶数学模型的正确性和通用性，本文基于VC++6．0语言环境开发了船舶运动数学模型的离线编辑和测试平台。利用上述建模方法，本文对校实习船“育鲲”轮的旋回试验进行了仿真，仿真结果比较满意，验证了本文提出的建模方法的正确性和可行性。该建模方法已应用到航海模拟器中，效果良好。关键词：航海模拟器；船舶运动数学模型；六自由度：不

4、规则波浪；计算机仿真英文摘要AbstractAmendedin1995，anincreaseofStandardsofTraining，CertificationandWatchkeepingforSeafarers(STCW)Convention,includingsimulatortraining，specialtypesofships，basicsafetyandpersonnelmanagement，includingavarietyofmandatoryandnon-mandatorytrainingprograms。Theaccur

5、acyofmathematicalmodelsofmarinesimulatordirectlyaffectsthebehaviorrealism，forwhichDetNorskeVeritas(DNV)certificationstandardsformarinesimulatormadefromFebruaryl，2002forClass．Abridgesimulatorshouldbeusedsix．DOFmathematicalmodelofship．October2007DNVstandardsforclass．Bshipsimul

6、atoralsoshouldbeusedsix-DOFmathematicalmodel．Therefore，theresearchanddevelopmentthesix-DOFmathematicalmodelformarinesimulatorisimminent．Inthispaper，basedontheideamodelingrespectively，six-DOFmathematicalmodeliScreatedunderdifferentpropulsionmodeoftheshipinthecombinedwind，wave

7、sandcurrents．Estimatedusingempiricalformulaofbare-hullhydrodynamiccoefficients，andgivesthehydrodynamicCOCf丘cientsofregressionformulabasedFORCETECHNOLOGYmodelexperimentaldata．Applicationoffixed-pitchpropellerfourquadrantsgraphsoftheregressionformula，approximatecalculationoffi

8、xed-pitchpropellerthrustandtorquecoefficient；useofequivalentpitchideatogett