风帆助推船舶操纵性预报研究

【摘要】：船舶加装风帆后的操纵性能是风帆助推船设计的重要研究内容。本文针对76000吨散货船,通过加装风帆后的流体动力特性分析,建立了计及横摇在内的四自由度操纵运动数学模型;在此基础上,采用Matlab/Simulink软件,开展了加装风帆对于船舶操纵性能的影响研究,包括可自由操控区、回转性、航向改变性能以及航向控制稳定性,并提出最优操帆策略。主要结论概括如下: 1)加装风帆对船舶操纵可控区的影响研究:基于优化的帆-舵联合操纵策略,可使风帆助推船舶操纵可控区提高约10.7%;提出增强风帆助推船舶抗风能力的系列措施与建议; 2)加装风帆对船舶回转性能的影响研究:以帆位角ψ_s= -9 0°为例,在静水中影响很小,受风干扰后,顺风向下的回转漂移量增大,但对战术直径及纵距影响不大;以绝对风向角β_(WT)= 0°为例,当操帆攻角α_s=180°时,回转顺漂值及横漂值要小于无帆情形; 3)加装风帆对船舶航向改变性能的影响研究:基于优化的最优操帆策略,除绝对风向角β_(WT)=20°,120°时的初始回转性能变差外,其他绝对风向角下的初始回转性能及纠向/航向保持能力得到改善; 4)加装风帆对船舶航向控制稳定性的影响研究:基于帆-舵联合控制优化,使得船舶航向控制稳定性得到改善的同时,最大航速提高约7.3%。