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单泵喷水推进式船舶的操纵性能研究

孙寒冰  
【摘要】: 船舶操纵性是船舶重要航行性能之一,随着现代船舶的高速化、智能化及航运重要性的提升,人们越来越重视船舶操纵性问题。滑行艇凭借其特殊的水动力性能在高速小艇领域占据了重要地位,而喷水推进方式凭借其良好的操纵性,在高速型船舶上得到了广泛的应用。 本课题就是以单泵喷水推进式滑行艇为研究对象,研究其操纵特性。众所周知,在船舶操纵性研究中,通过数学模型加计算机模拟的方法进行操纵性仿真实验已经成为目前船舶操纵性预报最常用也是比较实用的方法,但由于滑行艇特有的水动力特性,使得分析其水动力系数有了很大的难度。本文就是针对这一问题展开研究,期望通过对滑行艇进行受力分析,得到不同的力的方程表达式,并将其分解到六个自由度上。课题主要工作即为操纵性研究建立数学模型。 本文应用势流理论分析流场,在详细分析某艇受力情况的基础上,依据理论力学原理建立六自由度运动方程。根据滑行艇的特性,将其受力划分为重力、浮力、水动力及外力。其中,采用三维Hess-Smith方法编程,对某艇的附加质量进行数值计算,根据SIT法确定航行纵倾角及浸湿长宽比,根据推力等于阻力,计算滑行艇推力,并采用分流系数法,得到推力在六个方向上的分量。 根据本文的结果可以得到完整的滑行艇数学模型,以此为依据,运用四阶定步长龙格-库塔(Rung-Kutta)法进行数值求解,从而求得滑行艇任意时刻的加速度。尔后对加速度进行数值积分,获得任意时刻的位置和速度,进而预报滑行艇的操纵性能,进行船舶操纵性仿真试验,得到操纵性评价的各项指标。


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