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。     

船舶多工况操纵运动仿真及其在初步设计中的应用

首先整理了前人的试验资料，建立了船舶多工况操纵运动数学模型及其仿真系统，给出了一种新的风力及风力矩数学模型并预报了船舶在风力作用下的操纵运动；并且提出了估算浅水中船体水动力的新方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能；同时，对船舶紧急停船运动进行了仿真研究，给出了合理的计算模型。最后基于船舶操纵性能仿真系统开发了一个利用船舶操纵性能确定船型尺度的初步设计系统。     

船舶自动避碰仿真平台的构建与测试方法研究

船舶避碰智能决策的自动生成是实现船舶自动避碰的关键技术之一,如何利用船舶操纵模拟器技术来检验现阶段的研究成果是值得研究的课题。根据船舶避碰智能化方法的研究现状,简述船舶避碰智能自动化方法的基本思想;着重论述基于船舶操纵模拟器技术的“航行安全及自动避碰(NSACA)仿真测试平台”的构建及其实现船舶自动避碰仿真试验的方法;并列举一个典型的仿真试验示例加以分析。试验结果表明:该平台已实现了宽水域船舶避碰决策自动生成与避碰过程自动监控的测试,不失为一种行之有效的测试方法;与实船试验相比,这种测试方法具有灵活高效、安全性和经济性等优点。     

基于四元数的船舶运动姿态仿真研究

在开发船舶三维运动仿真系统或处理三维运动试验数据时,经常需要操纵物体旋转或对运动姿态数据进行插值计算,如果采用基于欧拉角方法对运动物体进行旋转操纵或插值,会出现明显的错误。因此提出在仿真系统中利用四元数来表示运动物体的姿态,并基于四元数对运动姿态序列进行球面插值,同时提出了依据插值节点信息实现?π全角度的欧拉角转换方法,由此在船舶仿真中实现了船舶姿态变化光滑连续的合理效果。     

大型船舶港内操纵的拖力计算

根据船舶的受力情况,对船舶所需拖力进行计算,实现各种海况和不同船型的港内操纵运动模拟和仿真计算,以达到合理安排拖轮数量和功率的目的。     

船舶抛起锚操纵运动数学模型研究

求解锚链对船舶的水平作用力时对悬链链型区分为自悬链和约束链两种情况并采用了不同的计算方法,计算锚的抓力系数时考虑了锚在海底移动距离、锚杆仰角、锚型,底质等因素,提出了锚在海底移动的运动方程.分别计算了锚的运动和船体的运动,运用MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)模型,建立了比较符合抛起锚操纵实践的船舶抛起锚操纵运动数学模型.编制相应的软件进行仿真试验,试验结果和相关文献的结果一致.     

基于虚拟现实的船舶操纵运动仿真系统研究

利用MMG操纵运动数学模型计算船舶的操纵运动，应用OpenGL和3Dmax技术，开发了船舶操纵运动的三维可视化仿真系统，通过输入船舶主尺度，实现了具有真实感的、随时间变化的船舶操纵运动实时动态仿真，取得了良好的效果。     

基于岭回归方法的船舶操纵运动建模

基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法.通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方法的有效性.     

基于Unity的船舶操纵运动仿真

使用3DS Max建立船舶三维模型,将其数据文件导入到Unity。为了使模型能够模拟船舶操纵运动,需要添加刚体组件,使之受到力和力矩的作用,因此,需要将船舶操纵运动数学模型进行处理以便于调用刚体组件的成员函数AddRelativeForce和AddRelativeTorque。无需编写实际代码,通过添加碰撞体组件并设置物理材质,就能模拟船舶与其它物体之间的碰撞,避免出现船舶穿过其它物体以及冲上码头或者岸滩的现象。使用Unity自带的资源包,就能方便的生成地形、天空和水面等仿真环境。运用本文的方法,编制了船舶操纵运动仿真程序,进行了船舶操纵性仿真试验,得到了试验数据,为船舶操纵的教学训练和科学研究提供了有效手段。     

船舶回转运动仿真

针对船舶驾驶模拟器模拟的逼真度要求,研究船舶对操舵后的动态响应。建立了风、流共同作用下船舶操纵系统的动力学数学模型,该数学模型为动态响应线性型;利用已知的某船型的主机参数和船形尺寸参数,求出所需的相关量,建立船舶运动仿真模型并进行相关试验的仿真。模拟了船舶回转性的试验和风、流共同作用下对船舶操纵性能的影响试验,使船舶操作者进一步了解船舶回转性的特性以及风、流对于船舶航迹的影响。将该模型与船舶驾驶模拟器结合,用于驾驶模拟器模拟船舶操舵后的视觉仿真,使使用者感觉其操纵特性更加逼真。     

仿真技术在船舶碰撞事故再现中的应用

船舶碰撞的研究始终是航行安全或海上交通安全研究领域的热点问题。介绍了应用船舶操纵模拟器模拟碰撞过程的仿真技术,它是目前进行海上事故鉴定和事故分析的重要技术手段。首先利用仿真技术对当事船舶的碰撞过程进行实时动态仿真,再通过船舶碰撞事故分析软件(船舶碰撞事故分析系统2.0)进行分析,最后的仿真结果对船长、驾驶员具有重要的参考价值,也为海上安全主管机关调查处理船舶碰撞事故提供一种新的途径。     

Prediction of the maneuverability of a large container ship with twin propellers and twin rudders

The maneuvering characteristics of a large container ship with twin propellers and twin rudders were investigated using the horizontal planar motion mechanism (HPMM) test and computer simulation. A mathematical model for maneuvering motion with four degrees of freedom (DOF) for twin-propeller and twin-rudder systems was developed and included the effects of roll motion. To obtain the roll-coupling hydrodynamic coefficients of a container ship, a four-DOF HPMM system having a roll motion mechanism and a roll moment measurement system was used. At the full load condition, HPMM tests were carried out for two different 12 000-TEU container ship models, one with twin propellers and the other with a single propeller. Using the hydrodynamic coefficients obtained from the tests, computer simulations were carried out. Simulation results for the container ship with twin propellers and twin rudders were compared with the results for the container ship with a single propeller and single rudder.     

船舶碰撞后运动趋势的模拟计算

本文首先应用明诺斯基(Minorsky)一维碰撞理论,扩展为多自由度模型,描述船舶在碰撞瞬间的能量和运动的转化。以确定两船碰撞后运动的初始条件。船舶碰撞结束之后,开始进入惯性运动阶段,再以日本MMG小组提出的船舶操纵性数学模型为基础,根据基本物理定理,建立两船在互为约束条件下的运动数学模型,计算碰撞后两船的运动过程。最后,在可能出现的各种碰撞格局下进行模拟试验,确定比较符合实际的碰撞前的初始运动状态,为事故分析提供依据。研究表明,用此种模拟计算方法,能较好地计算出船舶碰撞后的运动过程,是一种分析碰撞事故的有效方法。     

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.     

A study on flow field around full ship forms in maneuvering motion

To estimate the maneuvering ability of a ship, an accurate estimation of the hydrodynamic forces and moment acting on the ship's hull is indispensable. For the purpose of developing a numerical method of computing the viscous flow field around a hull and evaluating its validity, the hydrodynamic pressure on the hull and the velocity field were measured. Two full ship models with different hull forms in the aft part were used for the experiment. From the results of pressure measurements, the distribution of hydrodynamic lateral forces was obtained. The simulation method is a numerical solution of the Navier-Stokes equation based on a finitevolume method and applied to the maneuvering motion. The measured and computed results agree qualitatively well, and the method is a valuable tool for estimating the maneuvering ability of a ship. The typical characteristics of the flow field in the steady turning condition are revealed by the numerical simulation, and the mechanism of the relations between hull form, flow field, and hydrodynamic forces are clarified.Translation and combination of articles that appeared in the Journal of the Society of Naval Architects of Japan, vols. 176, 177, 179 (1994–1996): The original article won the SNAJ prize, which is awarded annually to the best papers selected from the SNAJ Journal, JMST, or other quality journals in the field of naval architecture and ocean engineering.This work was conducted as part of the joint SR221 project supported by JSRA (Shipbuilding Research Association of Japan). The authors express their sincere gratitude to the persons concerned, and especially to M. Kanai, S. Eguchi, S. Usami, K. Tatsumi, and T. Kawamura.     

基于LS-SVM的船舶操纵运动在线建模

基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)和积分型辨识样本结构开展了船舶操纵运动的在线建模.以整体型Abkow-itz模型为辨识对象,大阪号油轮作为具体研究对象.在操纵运动仿真时,采用40个粘性类水动力导数的Abkowitz模型,但是在参数辨识时,采用了仅具有20个粘性类水动力导数的简化模型.为了对建模方法的有效性进行检验,将辨识得到的水动力导数与其原始值进行了比较,同时也针对辨识模型和原始模型的操纵运动仿真进行了比较.辨识结果表明,使用简化模型进行船舶操纵运动的在线建模是合适的,具有较好的预报效果和较高的精度.     

船—缆拖曳系统操纵性能分析

为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格库塔方法对船舶运动积分求解,采用后向差分法对拖缆运动进行求解。通过对比仿真计算分析了水面拖船在拖带过程中的加速性能、旋回性能及偏转抑制性能。仿真结果表明在拖船与拖缆的相互影响下,拖船的加速性能和旋回性能有所下降而偏转抑制性能有所增强。     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

基于Matlab平台的船舶避碰模型研究

根据本船的运动参数及连续两次观测所得到的目标船的相对方位和距离,运用避碰几何原理,在Matlab平台下建立了船舶避碰真运动模型,可以得到目标船运动参数及本船的避让措施和恢复航向的时机,并给出真运动轨迹图。文中还选择船舶会遇的典型实例对本模型进行了验证,结果表明,模型模拟的结果正确,对实际避碰行动有参考价值。     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法.[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性...