迎浪航行時(shí)船舶垂蕩縱搖運(yùn)動(dòng)建模與仿真.pdf

1、船舶垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)是耐波性研究的重要內(nèi)容，高精度、實(shí)時(shí)解算的船舶垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型是挪威船級社對航海模擬器行為真實(shí)感的要求之一。本文應(yīng)用普通切片理論對船舶在迎浪規(guī)則波中的垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，構(gòu)建船舶垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值解算和實(shí)時(shí)可視化仿真。主要包括以下幾個(gè)方面的工作:
　　1.利用普通切片理論建立迎浪規(guī)則波中船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)流體力學(xué)的原理，分析船舶在迎浪規(guī)則波中做垂蕩和縱搖耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況，得到船舶垂

2、蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)模型，并給出了求解模型中各項(xiàng)系數(shù)的公式。
　　2.利用田才圖譜獲得整個(gè)船體的水動(dòng)力系數(shù)和波浪擾動(dòng)力。首先根據(jù)船舶無因次水動(dòng)力質(zhì)量和無窮遠(yuǎn)處波幅與切片附近振蕩幅值比，計(jì)算船舶各站面的水動(dòng)力系數(shù)和波浪擾動(dòng)力，再結(jié)合辛普生積分法對求得的各站面附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)和波浪擾動(dòng)力等進(jìn)行數(shù)值積分，從而得到整個(gè)船體的水動(dòng)力系數(shù)和波浪擾動(dòng)力。
　　3.根據(jù)S-175標(biāo)準(zhǔn)集裝箱船的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證船舶垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的

3、準(zhǔn)確性。以Visual Studio2010為開發(fā)工具，編寫求解附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)和波浪擾動(dòng)力的C++程序，并利用四階Runge-Kutta法設(shè)計(jì)對所構(gòu)建的垂蕩縱搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解算的程序，實(shí)現(xiàn)了S-175標(biāo)準(zhǔn)集裝箱船在不同航速、不同波浪頻率、不同波幅的條件下的實(shí)船模型解算。模型的解算結(jié)果通過兩種方式進(jìn)行驗(yàn)證，先是將解算結(jié)果在Matlab中比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)的歷時(shí)曲線，二是將模型集成到航海模擬器視景系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了船舶垂蕩縱搖運(yùn)動(dòng)的實(shí)