波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

基于经典MMG模型建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,并利用耦合模型叠加波浪力的方式,论文对一艘S175自航船模进行波浪中操纵性和横摇预报,并根据自航模试验进行对比验证;其波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。在验证模型准确性后,对船舶在不同舵速、浪向角下的操纵运动进行时域模拟,比较了舵速和遭遇浪向对船舶舵效的影响,分析了浪向、波频对船舶操纵和回转时横摇的影响。     

舵速对船舶波浪中回转及横摇的影响

基于经典MMG模型和统一理论建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,利用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶波浪中的回转和横摇特性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过自航模试验进行模型验证,预报了不同操舵速度对船舶回转和横摇的影响。研究表明耦合模型能够有效地仿真船舶的回转及横摇,回转过程中操舵速度越大船舶改变航向和航迹的能力越强,纵距越小,但会给船舶造成较大的横摇。     

船舶在波浪中的机动操舵仿真

依据MMG方程建立船舶在波浪中四自由度操纵运动模型,根据该模型进行船舶在波浪中定常回转运动仿真,通过仿真得到的定常回转直径与经验估算值比较,证明此仿真方法的可靠性.并在此基础上实现船舶单次机动操舵和多次机动操舵运动状态的数值模拟,从而反映出船舶的操纵特性,为船舶的实际机动操舵运动提供参考.     

波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证

基于统一理论,考虑横荡、纵荡、艏摇平面三自由度操纵和横摇耦合,建立四自由度模型,按照MMG模型将船体上的力分为船体力、螺旋桨力和舵力,采用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶在波浪中的操纵性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过对比仿真数据与自航模试验数据,验证了模型的准确性。预报了在不同波浪工况下的船舶操纵性,验证了二阶力是船舶回转漂移的主要原因。比较了不同波高对船舶在波浪中操纵性的差异,研究结果表明:波高越大,船舶回转的纵向和横向漂移越明显,并且Z形试验中的第1超越角和达到时间越长。     

小水线面双体船四自由度操纵运动建模

小水线面双体船由于具有良好的快速性、耐波性、稳性和效率高等特点,已成为新船型的代表。本文根据小水线面双体船的船型结构特点,在三自由度操纵运动数学模型的基础上,提出了考虑横倾的小水线面双体船四自由度MMG操纵运动方程,并对运动方程的参数求取做了详细探讨,在Matlab下完成了小水线面双体船的四自由度操纵运动仿真模拟。结果表明了本文模型的有效性。     

高速舰船的运动模型适用性分析及海浪中的操纵仿真试验

船舶运动模型的建立对于船舶运动控制算法的研究以及自动舵的研制和陆基条件下的检测都具有重要意义。对于静水条件下中低速船的航迹航向控制,三自由度模型较为简单适用,然而高速舰船的操纵特性与中低速船不同,在回转过程中会产生较大的横倾角,横摇运动与首摇运动的耦合作用较明显。本文通过Matlab对DTMB5415驱逐舰进行四自由度的运动建模及操纵仿真实验,根据仿真试验与水池试验数据的对比,验证了四自由度模型的适用性,并进一步应用该模型分析了海浪干扰对高速舰船运动的影响。     

全回转拖轮运动建模与视景仿真

在对船舶运动分析的基础上,采用MMG模型建立全回转拖轮四自由度的数学仿真模型,以及船体水动力、螺旋桨力、风干扰力、流干扰力数学模型,采用四阶龙格库塔法对运动方程求解得到船舶运动轨迹和航向,并用Matlab/Simulink对其进行仿真。建立全回转拖轮视景操纵平台,完成远程中心控制系统。实现全回转拖轮基本平台的搭建,对全回转拖轮动力系统进行分析,对全回转拖轮进出港操纵训练以及船舶性能检验具有一定的实际应用价值。     

小水线面双体船五自由度运动建模与仿真

[目的]为了提高航海模拟器中小水线面双体船(SWATH)的模拟精度,更好地掌握此类船舶的操纵特性,[方法]根据SWATH船型的运动特点,在MMG三自由度模型的基础上,较为完整地计入耦合的纵荡、横荡、艏摇、横摇及纵摇运动,建立SWATH的五自由度运动数学模型。基于此应用模型建立SWATH的实船数学模型,对该数学模型进行微分求解,仿真模拟SWATH的旋回运动、Z形运动,并进行定性分析。[结果]分析显示:仿真模拟结果符合SWATH操纵运动原理及实际运动特征,验证了数学模型的准确性。[结论]该模型可真实反映实船的运动规律,可应用于航海模拟器中。     

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织（IMO）正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。     

风浪中顶推船队操纵特性预报

论文基于四自由度MMG分离型操纵运动数学模型,预报顶推船队风浪中操纵特性。由计算结果表明,顶推船队在风浪中操舵时,其沿与原航向成?角方向作回转漂移运动,此时不仅存在横倾,而且还存在以该横倾为基准叠加有横摇运动。从综合分析可知,顶推船队在相应工况下风浪中的回转、初始回转及纠向和保持航向能力,随波高a?、风速船速比oaUU/增大而下降;操舵角是影响风浪中回转能力的主因,随操舵角减小,其回转能力急剧下降。     

海上拖带系统4自由度建模与仿真

采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立拖船和被拖船的四自由度运动数学模型,并采用基于悬链理论的拖缆张力数学模型,组成船舶海上拖带系统.以11 480 kW的拖船和27 000 t的成品油船为例,利用MAT-LAB 工具进行静水中改向和旋回仿真模拟,给出拖带系统在不同改向角和舵角下的航迹、艏向、航速.横摇角以及拖缆张力变化的仿真结果.根据仿真结果研究分析拖带系统的运动规律,模拟结果对于提高海上船舶拖带的安全具有指导意义.     

浅水对拖船作用效果影响的仿真研究

为研究浅水对拖轮作用效果的影响,本文利用分离型建模思想(MMG),建立了拖轮、船舶的数学模型,该模型考虑浅水的影响。并利用Matlab仿真软件对拖船协助大型船舶转向、横移操纵进行了仿真,通过对仿真结果的分析得出在船舶在有拖船协助进行转向操纵时,浅水中的船舶转向效果差于深水;船舶在有拖船协助进行横移运动时,浅水中的船舶横移速度小于深水的结论。对船舶的安全操纵提供理论参考。     

大型集装箱船受风工况下操纵性计算预报

本文采用考虑横摇在内的四自由度船舶操纵运动模型，结合大型集装箱船的船型特点。水动力试验结果和完善船、桨、舵水动力、附加质量以及风载荷的计算表达，建立大型集装箱船操纵性预报方法，并完成了4500TEU集装箱船受风工况下的操纵实例计算。文中还分析了风向角αω，风速比Vα/Vα和操舵角δ诸因素对大型集装箱船风载下操纵性的影响。     

二代稳性衡准纯稳性丧失直接评估方法研究(二)

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出了纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的标准数学模型,进行了纯稳性丧失直接评估.该方法首先基于MMG操纵性标准方法,构建纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动方程,同时考虑了舵控制方程,其次在纵荡、横荡、横摇、首摇方程右边考虑时域波浪力/力矩,且横摇方程右边进一步考虑了粘性横摇阻尼力矩和波浪中复原力臂变化.最后采用ONR内倾船进行了尾斜浪中纯稳性丧失直接数值计算,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

基于CFD分析的船舶横摇运动统计特征

船舶大幅度横摇的准确预报一直是船舶工程界关注的热点研究方向之一。基于CFD软件Fluent对船舶横摇问题进行了数值模拟研究,建立了船体自由横摇运动的有限体积模型。通过对一系列船体于静水中作不同初始横摇角的自由横摇运动进行数值模拟,分析得出船体横摇非线性过程中横摇角幅值存在一定的统计规律,并提出基于此统计规律对船体的大幅横摇运动进行数值预报的方法。     

二阶灰色神经网络在船舶横摇预报中的应用

为了提高船舶的耐波性和适航性、对船舶横摇进行有效准确预报,提出了将灰色系统理论和神经网络进行有机结合的二阶灰色神经网络预报模型。介绍了二阶灰色预报模型,采用神经网络映射的办法构建灰色神经网络预报模型,并介绍了神经网络学习机制。另外,以某舰船横摇运动时间序列预报为例对模型进行仿真验证,有效改善了二阶灰色模型较大的预报偏差。仿真结果表明,GNNM(2,1)模型能准确预报船舶横摇运动,具有更高的预报精度和更好的数据稳定性。     

基于相轨迹特征的阻尼估算能量法改进研究

横摇是船舶在海上航行安全中首要考察的运动姿态。船舶横摇运动的高精度预报，需准确地估算横摇阻尼。引入相轨迹概念，以能量变化的视角，从船舶模型试验数据中提取幅值数据，进行横摇阻尼非线性特征的研究。分析幅值数据呈现的规律，提出新的幅值拟合函数，并相应改进横摇衰减拟合函数。采用线性加平方阻尼力矩模型，通过预设阻尼系数仿真生成静水船舶模型自由横摇数据，展开阻尼估算试验。试验显示：能量法的改进有效减小了阻尼系数的估算误差。基于阻尼系数进行数值预报，证明方法改进后的数值预报更加接近试验仿真数据。结果表明：能量法的改进是有效的，能更好地识别横摇阻尼的非线性特征，更准确地估算横摇阻尼系数。     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想，考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用，建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型，对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析，将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析，并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能，结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。     

船舶操纵运动仿真研究

为了利用船舶操纵模拟器进行航海教育培训,以及在船舶设计阶段预报船舶操纵性,建立四自由度船舶操纵运动数学模型以及作用于船体的作用力(矩)计算公式,运用unity开发工具,结合某型船舶数据方便快捷的编制船舶操纵运动三维数值仿真程序。通过船舶变速性能、旋回性能和Z形实验等较为完整的船舶操纵性能数值仿真试验,得到了试验数据,并和该船的实船试验数据以及相关文献的数据进行比对,吻合较好。仿真结果表明:本文的方法是可行的,计算结果是可信的。