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侧推器协助船舶操纵的仿真研究

刘春生  
【摘要】:本文以船舶平面操纵运动数学模型作为理论基础,就侧推器协助船舶操纵问题进行了深入的研究。 本文吸取了日本MMG分离建模的思想,以船体、螺旋桨、舵单独性能为基础,并考虑其各部分之间的相互干涉。将侧推器的侧推力作为一个外力加入到模型中,充分考虑了港内操纵浅水、低速两个特点,结合前人的研究成果建立一个完整的侧推器协助船舶操纵的数学模型;用龙格—库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算,并采用MATLAB数学工具语言中的Simulink工具箱对船舶在港内操纵进行模拟仿真。本文对侧推器协助船舶操纵的研究采用定量和定性相结合的方法,详细讨论了侧推器在零速、低速工况下的操纵效能,以及螺旋桨、侧推器及舵联合操纵下船舶的横移能力,并给出了相应的回归公式。 通过本论文的研究,得出以下结论: 1) 侧推器的操纵性能主要与航速有关,零航速最好,随着航速的增加,侧推器所产生的有效侧推力将显著下降,侧推器的效率随之降低; 2) 随着水深的变浅侧推器效率下降的趋势也较为明显;船舶的回转、横移能力也随之下降; 3) 借助于螺旋桨、侧推器及舵联合操纵可提高船舶靠离泊的操纵控制能力。 本课题的研究结果对引航员和船舶驾驶人员安全地控制船舶靠离泊及狭水道操纵提供了参考依据,为船舶操纵安全评估提出了新的研究方向,同时,为航海模拟器的研制与开发提供一定的理论基础。


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