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。     

拖航系统操纵运动仿真

采用MMG分离式船舶运动数学模型以及拖缆的悬链线模型,构建了由拖船——拖缆——被拖船组成的拖航系统操纵运动模型。通过数值计算,对该系统进行了操纵运动模拟仿真。主要的仿真项目包括拖航系统改变航向和受到小扰动时的运动。在此基础上研究了影响拖航系统航行性能的诸多因素,这些因素主要有:拖缆的长度、拖航速度、被拖船的拖航点位置。针对浅水效应给予拖航系统的影响以及通过改变PD控制参数改善拖航系统航向稳定性进行的初步探讨,得到了一系列有益的结论。     

船舶拖航系统仿真研究

目前多船辅助定位的拖航作业主要依靠船长的经验,尚无一套有效的控制手段。因此在多船协调作业时,很难实现准确的多船辅助定位。探讨多船辅助定位的拖航系统操纵性的计算方法,对船舶拖航作业系统进行操纵运动的模拟具有一定的现实意义。以MMG分离式操纵性数学模型为基础,结合拖缆的悬链线模型,在考虑各种环境因素的条件下,建立了一个比较完整的拖航系统的操纵性数学模型,通过编制的可视化仿真程序,真实模拟了拖航系统在风、浪、流以及浅水域中的三自由度的操纵运动。     

结合MMG分离式操纵性数学模型船舶拖航仿真

拖航是船舶航行作业中的重要业务之一,在远洋航行、大件运输以及近距离现场转移业务中均有广泛应用。船舶拖航易受风、浪、流等外部环境因素的影响,增加拖航运动的风险,所以必须借助数学模型对船舶拖航进行仿真,以有效控制拖航系统作业,全面防范拖航风险。本文分析了MMG分离式操纵性数学模型,提出结合MMG分离式操纵性数学模型的船舶拖航运动模拟方法,并对船舶拖航进行仿真,表明拖航仿真模型能够为操纵控制提供合适的决策依据。     

拖曳系统运动传递计算

由母船、拖缆和拖体构成的拖曳系统,在拖航作业中,母船受风浪扰动发生升沉和纵摇运动,水面扰动沿缆传递至拖体,影响探测设备性能。文中研究的合理简化的母船波浪运动预报模型、结合已有的拖缆动力学计算模型耦合拖体空间运动模型,构造衔接条件和转换关系式,建立较为完整的水下拖曳系统运动传递模型。编制相应计算程序,计算了二段式拖曳方式对扰动的传递,归纳其扰动传递特性。表明该模型可应用于拖曳运动稳定的设计分析。     

拖航系统偏荡情况的仿真研究

为研究被拖船装载情况对拖航系统偏荡程度的影响,根据分离型建模思想,建立了拖船--拖缆--被拖船的拖航系统数学模型,分析了拖航系统在航行时受力的情况,并利用MATLAB仿真软件,仿真了拖航系统的运动情况,仿真结果表明:拖航速度、拖缆长度、被拖船的载况和浮态等拖航系统自身状态会影响拖航系统的偏荡幅度,同时影响拖缆张力的变化;浅水效应会在一定程度上减小拖航系统的偏荡幅度;风舷角为120°的来风对拖航系统偏荡最明显;斜流时,拖航系统会产生"单偏"现象.这些仿真研究对驾驶员的实际工作有一定的指导价值.     

“庐山”浮船坞海上拖带作业通航安全分析

超大型无动力船坞的拖航是一项高难度的航海作业,船舶操纵人员首先必须根据拖航水域的水文气象条件、通航环境等对拖航的可行性进行论证,再根据论证的结果安排拖航时间、拖轮的操作人员和选择合适拖轮和拖轮拖航的方式.     

拖曳声纳与舰船运动性能影响研究概述

本文的主要目的是概述海上拖曳系统的一般模型，本模型既包含拖体也包含拖缆和拖船。拖体处理为六自由度运动刚体模型。拖缆处理为空间三维非均质系统。拖船则处理为四自由度(进退、横移、偏航、横倾)非线性操纵运动。模型完全是一般的，可以在直角坐标系下预报拖曳系统三维操纵运动性能。包括进行直航和逼转拖曳运动模拟。     

船舶水面拖航系统运动性能研究进展

综述船舶水面拖航系统运动性能研究的进展情况,按照经验公式与图谱研究法、水池试验研究法和数值计算模拟研究法等3种方法进行分类,阐述拖航力计算方法、拖航系统水池试验技术、拖带船舶水动力载荷与运动特性和拖带系统操纵运动模拟方法等方面的技术现状,为拖航系统运动性能研究提供参考。     

无动力船舶适用拖轮搜索需求分析和搜索模式设计

随着对海洋资源开发需求加快和航运事业的不断开发,无动力船舶的数量越来越多,无动力船舶的移动需要借助适用拖轮进行拖航。适用拖轮的搜索是无动力船舶拖航作业的前提。在对无动力船舶拖航作业需求和拖轮搜索现状分析的基础上,提出一种无动力船舶适用拖轮搜索系统方案,以求通过搜索系统的开发,为无动力船舶的准确高效的搜索符合拖航要求的拖轮。     

拖航系统静水中操纵运动的模拟计算

本文建立了静水中拖航系统的操纵性运动的数学模型，以１９４０ｋＷ拖船与８８２０ｔ甲板驳为例，分析了缆长，载重量，纵倾，艉鳍等工况参数对拖航系统直线运动的影响。     

拖航系统在风浪中操纵运动的模拟计算

本文建立了风浪中拖航系统（包括拖船－拖缆－被拖船）的操纵性运动的数学模型,并以1940kw拖船与8820t甲板驳以及15760t半潜驳为例,分析了航速、缆长、航重量、纵倾和环境条件对拖航系统的运动与拖缆力的影响。     

超大型无动力船舶黄浦江内拖航的论证及实操

超大型无动力船舶的拖航是一项高难度的航海作业,尤其是在航道狭窄和弯头众多的黄浦江水域。船舶操纵人员首先必须根据黄浦江水域的水文气象条件、通航环境等对拖航进行可行性论证,确定拖带方案,选择合适的拖轮和相关的实际操作人员,在最佳的时机实施拖航作业。通过举例说明黄浦江拖航的复杂性,总结了拖航的经验,提出了超大型无动力船舶在狭水道及弯道拖航操纵作业的技术要领和相关的注意事项。     

拖船操纵运动与水下拖曳列阵的耦合运动分析

建立了拖船操纵运动与水下拖曳列阵的三维非线性数学模型,求解了在脐带非线性缆力作用下的运动方程,模拟了拖曳系统在几种典型状态下其缆索的形态变化,以及列阵张力变化。     

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。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

Roll-induced bifurcation in ship maneuvering under model uncertainty

In this paper, a mathematical model is developed for the maneuvering motion of a naval ship and bifurcations of its equilibrium are identified in roll-coupled motion. The subject ship is a high-speed surface combatant with twin-propeller twin-rudder system. Captive model tests are conducted for the ship using planar motion mechanism. Maneuvering coefficients are calculated by polynomial curve fitting of the test data. Uncertainty distribution in the coefficients is assumed same as that of the curve fitting errors. Uncertainty in the model coefficients is propagated to full-scale simulation results by the stochastic response surface method (SRSM). This method is computationally efficient as compared to standard Monte Carlo simulation technique. The SRSM uses polynomial chaos expansion of orthogonal to fit any probability distribution. Bifurcation analysis of the mathematical model is performed by varying the vertical center of gravity as the bifurcation parameter. Hopf bifurcation is identified. It is found that the bifurcations occur due to the coupling of roll motion with sway, yaw motion and rudder angle. In the presence of wind, roll angle response in bifurcation diagram is discussed.     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

拖船操纵运动中水下拖缆的数值模拟分析

采用凝集质量法建立海洋＂缆—体＂系统数学模型,对拖船从稳定直航到回转操纵过程中的拖缆构型、拖体深度变化以及拖缆张力变化等进行模拟仿真研究。通过2个算例,验证程序的正确性,并分析拖船操纵中影响拖体阵列的参数。