船舶在波浪中的六自由度操縱運動模型研究.pdf

1、船舶操縱性是船舶重要的航行性能之一,研究船舶在波浪中的操縱運動,搖蕩運動的影響不可忽略。本文就是基于這一研究背景對船舶六自由度操縱運動開展了一系列的試驗和數(shù)值模擬研究。
　　試驗研究方面,本文采用新型自航模試驗系統(tǒng)對S175集裝箱船實施了規(guī)則波橫搖試驗、靜水和規(guī)則波中的回轉、Z形試驗,并分別從波頻、波高、初始浪向角、舵轉速和舵向等方面對比分析了回轉試驗和Z形試驗的參數(shù)變化規(guī)律。
　　數(shù)值模擬方面,本文基于經典 MMG分離式模

2、型,考慮三自由度船舶平面運動與橫搖、縱搖、垂蕩運動的耦合,建立了波浪中船舶六自由度操縱耐波全運動模態(tài)的數(shù)學模型。船體力、槳力及舵力采用經驗公式估算。波浪力建模中,采用三維面元法計算零航速不同浪向下六自由度一階頻域波浪力及二階波浪漂移力,并利用卡明斯脈沖響應,在計入時間效應的前提下,將頻域的阻尼系數(shù)和繞射波浪力分別轉化為時域內的輻射和繞射力。在完善力模塊,操縱運動模塊和搖蕩運動模塊的計算后,在Fortran軟件環(huán)境下編寫程序采用四階龍格庫

3、塔法求解運動微分方程,完成六自由度的操縱運動建模。
　　本文應用該模型對S175集裝箱船的操縱運動進行了數(shù)值模擬,并與耐波性試驗、自航模試驗結果進行了對比,初步驗證了該模型程序各模塊和總體的有效性。本文還提出以三自由度運動模型和六自由度運動模型的差別來研究搖蕩運動對操縱運動的影響;以考慮船舶漂移和忽略漂移模型的差別來研究操縱運動對搖蕩運動的影響的思路,對比分析了操縱-搖蕩運動耦合作用問題,認為六自由度運動模型對回轉運動作用更明顯,