探索船舶受限水域斜壁效应仿真研究

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1、大连海事大学硕士学位论文船舶受限水域斜壁效应仿真研究姓名：杜庆申申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：洪碧光20090601中文摘要摘要近年来受限水域中船舶的通航密度不断增加，碰撞、搁浅、触底事故时有发生，引起了人们对受限水域船舶操纵性研究的重视。本文重点研究了船舶在受限水域航行时斜壁效应的影响，并对影响斜壁效应的航道宽度、水深、船速、船舶偏离中心线的距离(船舶离岸的距离)、斜坡角度(航道边坡比)等主要因素进行了仿真。本文吸取了日本MMG分离模型的思想，以船体、螺旋桨、舵单独性能为基础并考虑其各部分之间的相互干涉，在前人提出的常速域数学模型和浅水、低速、大漂角数学模型研究的

2、基础上，并考虑到船舶运动的连续性，采用了将两种数学模型相结合的方法。在上述所建立的数学模型基础上，充分考虑了船舶在接近岸壁航行时的岸吸力和岸推力矩的影响，采用四阶龙格一库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算，并采用MATLAB数学工具语言中的Simulink工具箱对船舶在受限水域的操纵进行了仿真，分别就影响斜壁效应的主要因素进行了仿真研究，得到了相应工况下的运动状态，仿真结果与定性分析结论相一致。本课题的研究结果对驾引人员在狭水道、运河等受限水域的安全操纵具有一定的参考价值，同时为航道设计、航道修缮以及航道疏浚工作人员提供一定的参考意见，并为船舶操纵模拟器的研制与开发奠定一定的理论依据。

3、关键词：受限水域；斜壁效应；船舶操纵数学模型；船舶运动仿真英文摘要ABSTRACTRecentlywiththecontinuouslyincreasingofthedensityofthevesselsintherestrictedwaters，manyaccidentssuchascollision，strandingandgroundingoccuroccasionally，whichattractmuchattentiontotheship-maneuveringintherestrictedwaters．Thearticlemainlystudiestheimpactsofth

4、eslope-bankeffectwhentheshipnavigatesinrestrictedwaters，andcarriesoutasimulationtothemajorinfluentialfactors，suchasthewidthofthewaterway，depth，speed，thedistanceoffcenterlineandslopeangle．AccordingtoJapanMMG’Sshipmaneuveringmathematicalmodeltheory，theformulasforcalculatinghullhydrodynamicforce，rud

5、derforceandpropellerforcearepresented，andthehydrodynamicinteractionamongthem．ThearticleprovidesashipmaneuveringmathematicalmodelinrestrictedwaterwhichcombinedtheKijimamodelandYoshimuramodel．Theshipmaneuveringmathematicalmodelinrestrictedwaterissuitablefortheentiremaneuveringrangeincludingnormalsp

6、eed，lowspeed，smallandlargedriftangleandSOon．Consideringtheeffectofshallowwater，theconclusionsresearchedbyKijimaisadopted．Onthebaseoftheabove·mentionedmathematicalmodel，thepaperfullytakestheinfluenceofwharfsuctionandpushtorqueintoconsiderationwhenshipsailsclosetothecoast，appliesthefourth-orderRung

7、e-Kuttatocomputethemathematicalmodel，andsimulatestheshipmovementinrestrictedwaterswithSimulinktoolboxinMATLAB．Atlast，thepaperstudiesthemajorinfluentialfactorsonSlope—bankeffect，andgivestheshipmovementstateonthecorrespo