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受限水域船间效应建模与仿真

李学东  
【摘要】: 近年来受限水域中船舶的通航密度不断增加,船间作用造成的船舶碰撞事故时有发生,引起了人们对受限水域船间效应研究的足够重视。为了使操船者能够准确预判船舶在受限水域中的操纵特性,减少乃至避免事故的发生,对船舶在受限水域近距离相互驶过时的操纵性仿真预报的研究显得尤为重要,实际意义也十分明显。要建立受限水域中的船舶运动仿真模型,必须充分考虑浅水效应、岸壁效应及船间效应等因素的影响,本文致力于建立一个较为全面、充分考虑这些因素的船舶运动模型,并对不同船长、水深、横向距离及船速下的船间作用情况进行仿真。 本文采用MMG分离式数学模型及相关的系列试验结果,以船体、螺旋桨、舵单独性能为基础并考虑各部分之间的干涉,建立了浅水域中的船舶运动方程,用MATLAB编写了计算程序,搭建起两条船的船舶运动平台。考虑船间效应时作者采用了英国格拉斯哥大学K.S. Varyani教授等人近几年对船间效应的研究成果。考虑岸壁效应时采用了澳大利亚海运学院的研究成果。将仿真结果与实船试验结果进行比较,验证了所建立的受限水域船间效应数学模型的正确性。 为了得到狭水道内船舶追越和对遇时运动规律,本文对不同水深吃水比、不同船舶大小、不同追越速度、不同初始横向距离四个因素下的船舶运动进行了一系列模拟计算;为了得到狭水道内船舶追越和对遇时保向的特性和规律,本文又对用舵控制下船舶追越和对遇的情景进行了一系列的模拟计算,并给出了历时保向舵角。通过分析船舶追越、对遇时的运动轨迹和历时保向舵角,给出了一些对实际操船有一定参考价值的结论。


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