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基于实时模拟流场的武桥水道船舶操纵模拟及通航方案研究

张丹  
【摘要】: 船舶航行中往往要注意不同水域的水文条件以及同一水域不同时间的水文条件对船舶的操纵特性的影响。沿海港口部分进港航道狭窄,水深不足,且受潮汐潮流的影响,船舶操纵能力易受限;内河水域河槽常有变迁,狭窄弯多,水位随季节涨落,水流变化大,水流形态复杂,致使船舶航行具有一定风险。此外港口、码头、桥梁、航道整治工程等水上水下工程也将改变工程水域的水文等通航环境要素。复杂水文条件下的船舶航行安全已引起了管理部门及专家学者的广泛关注。船舶操纵运动仿真试验在研究特殊流场水域下的船舶操纵运动具有安全性、经济性以及可重复性等特点,已在国内外港航论证、船舶靠离泊操纵研究中得到了广泛的应用。然而在船舶操纵模拟器外部环境场的给定中,对船舶航行安全有着重要影响的水文要素往往采用的是定常和均匀的假定,直接采取区域设定的方式。为了更准确、更真实的模拟船舶在工程水域的水文环境场以及船舶在此环境场下的操纵运动,本文对长江武桥水道整治工程水域流场实时模拟,并将该数据应用于船舶操纵模拟动态仿真研究中,提高了船舶操纵模拟器外部环境场的精度和对船舶航行模拟的真实性。 本研究采用理论分析、数值模拟、人机交互试验相结合的方法。首先调研复杂水文环境水域船舶操纵事故,对影响船舶航行的典型水流特点进行了分析,归纳总结了水流干扰力对船舶操纵的影响,为选取典型水域进行流场模拟及船舶操纵模拟做铺垫。在此基础上,提出了基于实时模拟流场的船舶操纵模拟试验方案。对选取的典型水域进行二维流场实时模拟,并对模拟结果进行分析验证,为大型船舶操纵模拟器提供更准确、更真实的工程水域水文环境场。再将实时模拟流场数据导入大型操船模拟器,采用人机交互试验的方法,进行了船舶进出工程水域、通过武汉长江大桥的模拟仿真试验,分析了实时模拟流场对船舶操纵模拟航迹带宽的影响,取得了在实时流场、均匀流场模拟及理论分析之间差别的定量判断。研究表明实时模拟流场下的船舶操纵模拟能较真实的反映水动力特性和船舶操纵运动特征。最后利用仿真结果及相关法规对典型水域的航道航标配布及通航方案进行优化设计。 研究成果可以为船舶驾驶人员在典型复杂流场水域的船舶操纵方案提供参考,为海事、航道管理部门在特殊水域的航行安全保障提供科学的决策依据。同时,也为更精确的模拟船舶在其他各种实时环境场下的操纵特性提供一定的基础。


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1 张丹;基于实时模拟流场的武桥水道船舶操纵模拟及通航方案研究[D];武汉理工大学;2009年
2 岳俊飞;武桥水道航道整治工程流场数值模拟试验研究[D];武汉理工大学;2009年
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