船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究-船舶与海洋工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书 11 1110109030 姓名 徐静 甚主坠· 哥·J王 1110109030 所在 船舶与海洋工程 学科 指导教师 顾解忡 答辩 2014-01-13 答辩 木兰船建大楼 8211室 口期 地点 论文题日 船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究 投票表决结果: 5/5/5( 同意票数/实到委员数/应到委员数) 答辩结论:旷通过 口未通过 Wi吾和决议: 论文研究的船舶在波浪中的操纵是船舶运动性能研究领域的前沿课题，在理论和实际应 用方面都具有重要意义，也是国际上的研究热点。 论文首先建立了船舶在波浪中的六自由度运动方程，考虑了船体兴波、记忆效应和 二阶 波浪漂移力的影响。在此基础上编写了六自由度运动时域数值模拟计算程序，并通过与耐波 性试验和自航模试验结果的对比，分析验证了其合理性和准确性。论文还针对目标船在静水 和l波浪中的操纵运动进行了系统的模拟计算，结合试验结果，详细讨论了水动力导数、波浪 参数、舵参数等对操纵和摇荡运动的影响，据此提出了一种简化的操纵运动模型。最后论文 提出了船舶回转运动的极限波浪参数曲线，用于避免船舶横摇倾覆和回转失控，并给出了相 应的操舵方案。在时变初稳性高和极限波浪参数曲线等方面具有一定的新颖性。论文研究成 果对船舶在波浪中操纵性的理论研究和工程应用有参考价值。 论文格式规范，结构合理，概念清晰，论证深入，对船舶六自由度操纵运动建模的研究 i 比较系统，具有一定 的深度和创新性。在论文答辩过程中叙述清晰，回答问题正确。 论文达到了上海交通大学硕士论文的要求。经答辩委员会无记名技票， 一致同意通过论 文答辩，并建议授予工学硕士学位。 多1l明 2- 14 年 I 月 13 口 职务 姓名 职称 单位 答名 :垃 辩 主席 黄国棵 教授 上海交通大学 经 l斗料费 贝n委 委员 邓德衡 副研究员 上海交通大学 仰4乏经 贝n Id二、 委员 陈作钢 研究员 上海交通大学 J ←--- 1fi 委员 马宁 教授 上海交通大学 前]峪 竹「川 1等 委员 杨晨俊 教授 上海交通大学 lil已初飞、 名 J虫、13 汤健勇 助理研究员 上海交通大学 ) 主易 上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究 摘 要 船舶操纵性是船舶重要的航行性能之一，研究船舶在波浪中的操 纵运动，摇荡运动的影响不可忽略。本文就是基于这一研究背景对船 舶六自由度操纵运动开展了一系列的试验和数值模拟研究。 试验研究方面，本文采用新型自航模试验系统对 S175 集装箱船实 施了规则波横摇试验、静水和规则波中的回转、Z 形试验，并分别从 波频、波高、初始浪向角、舵转速和舵向等方面对比分析了回转试验 和 Z 形试验的参数变化规律。 数值模拟方面，本文基于经典 MMG 分离式模型，考虑三自由度 船舶平面运动与横摇、纵摇、垂荡运动的耦合，建立了波浪中船舶六 自由度操纵耐波全运动模态的数学模型。船体力、桨力及舵力采用经 验公式估算。波浪力建模中，采用三维面元法计算零航速不同浪向下 六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力，并利用卡明斯脉冲响应， 在计入时间效应的前提下，将频域的阻尼系数和绕射波浪力分别转化 为时域内的辐射和绕射力。在完善力模块，操纵运动模块和摇荡运动 模块的计算后，在 Fortran 软件环境下编写程序采用四阶龙格库塔法求 解运动微分方程，完成六自由度的操纵运动建模。 本文应用该模型对 S175 集装箱船的操纵运动进行了数值模拟，并 与耐波性试验、自航模试验结果进行了对比，初步验证了该模型程序 各模块和总体的有效性。本文还提出以三自由度运动模型和六自由度 I - 运动模型的差别来研究摇荡运动对操纵运动的影响；以考虑船舶漂移 和忽略漂移模型的差别来研究操纵运动对摇荡运动的影响的思路，对 比分析了操纵-摇荡运动耦合作用问题，认为六自由度运动模型对回转 运动作用更明显，而对 Z 形运动则作用不大。基于此，本文从波浪条 件、舵参数、水动力导数敏感度等方面对规则波回转运动轨迹和摇荡 运动展开分析，对实际船舶操舵方案提出建议，并给出了船舶回转运 动的极限波浪参数曲线。 关键词：波浪操纵，MMG 模型，时域波浪力，自航模试验，六自由度 运动模型 II - 上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 STUDY ON 6-DOF NUMERICAL MODEL OF SHIP MAEUVERING MOTIONS IN WAVES ABSTRACT Ship maneuverability is one of the most important ship navigating pe