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船舶在波浪中的操纵性能研究

谌栋梁  
【摘要】: 船舶操纵性是指船舶在驾驶者的操纵下,通过控制装置来保持或改变航速、航向或位置等运动状态的能力,是船舶运动性能之一,直接影响到船舶航行的经济性和安全性。航运业的不断发展促进了船舶的大型化、多样化和高速化。航道航行密度的增加导致海上事故发生的概率上升,使得人们对船舶操纵性的要求提高。 对于船舶操纵性能,人们往往注意的是船舶在静水中的操纵性能,然而,船舶航行的环境决非是风平浪静的,船舶在航行中经常会遇到各种海浪,有时甚至是较大的波浪,因此船舶在波浪中的操纵性能的研究,就具有理论和实际应用的双重意义。目前,船舶在静水中的操纵性能的研究已具有较为完善的理论方法和试验手段,基本解决了船舶静水操纵性设计的应用问题,而对于船舶在规则波中的操纵运动,也已经提出了一些数学模型,进行了一些研究;然而对于船舶在随机波浪中的操纵运动,进行直接研究的并不多见。 本文将船舶操纵运动模型和船舶耐波性理论结合起来,采用水平随船坐标系统,建立适用于求解船舶在随机波浪中运动的六自由度数学模型;在上述模型的基础上,编制计算程序,使用Runge-Kutta法求解各相关运动参数的数值解,实现船舶在波浪环境下的操纵运动模拟。本文的主要内容包括: (1)全面回顾总结船舶在波浪中操纵性研究的现状。 (2)在参阅大量的船舶静水操纵性能研究资料的基础上,对静水中船舶操纵运动数学模型进行了详细介绍。着重介绍了一套比较适用的分离型船舶运动数学模型,并运用该模型进行了实船的操纵运动模拟。 (3)介绍了船舶在波浪上的运动理论,主要是船舶在波浪上运动的时域方程和频域方程以及二者之间的关系。对附加质量,阻尼系数和波浪干扰力进行了数值计算,并对波浪干扰力做了试验验证。 (4)结合船舶操纵运动方程和耐波性理论,提出适用于求解船舶在波浪上操纵运动的六自由度时域方程,并完成模拟计算。讨论波浪环境对船舶操纵运动的影响。


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