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        內(nèi)河貨船操縱運(yùn)動建模與仿真

        2017-05-16 12:05:14聞光華余葵趙藤
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年9期

        聞光華++余葵++趙藤

        摘 要:本文選取內(nèi)河貨船為參考,根據(jù)目前對船舶操縱性研究的一些前沿研究成果,對船舶進(jìn)行受力分析和運(yùn)動分析,結(jié)合一些經(jīng)驗(yàn)公式,列出船舶操縱性運(yùn)動方程式并建立船舶操縱運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,利用Visual Basic程序語言,采用高精度的四階龍格-庫塔-吉爾(Lunge-Kutta-Gill)算法求解操縱運(yùn)動微分方程,編制了可用于船舶操縱運(yùn)動仿真和操縱性預(yù)報(bào)的計(jì)算程序。運(yùn)用仿真程序?qū)Υ暗牟倏v性試驗(yàn)--Z形操縱試驗(yàn)和回轉(zhuǎn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證性仿真計(jì)算。

        關(guān)鍵詞:內(nèi)河貨船;船舶操縱;受力分析和運(yùn)動分析

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.218

        1 引言

        船舶操縱性是船舶的重要性能之一,船舶操縱性與航行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及軍艦的戰(zhàn)斗力和生命力有密切的關(guān)系。船舶一旦喪失操縱能力,航行就缺少了起碼的安全保障。國際上有很多學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識到,船舶滿足IMO現(xiàn)行的操縱性標(biāo)準(zhǔn),并不能保證在限制水域中的安全航行;要切實(shí)提高船舶航行安全勝,更重要的是要研究船舶在限制水域中的操縱運(yùn)動與受力特點(diǎn),提高船舶在限制水域中的操縱性,特別是低速操縱性,并制定相應(yīng)的船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)。本文的目的即從現(xiàn)有已成熟的單槳單舵船舶靜水中的操縱性計(jì)算方法出發(fā),分析總結(jié)前人對限制航道航行的舶操縱性和雙槳雙舵船舶操縱性的研究結(jié)果,并且加以綜合利用,對內(nèi)河雙槳雙舵貨船操縱運(yùn)動及其水動力進(jìn)行建模,并建立一個(gè)合理可靠的數(shù)值仿真預(yù)報(bào)程序,研究內(nèi)河貨船的操縱性能。

        2 內(nèi)河貨船操縱運(yùn)動方程

        2.1 坐標(biāo)系

        在描述船舶運(yùn)動方程時(shí),本文采用兩種不同的坐標(biāo)系統(tǒng):慣性坐標(biāo)系統(tǒng)(固定坐標(biāo)系統(tǒng))和附體坐標(biāo)系統(tǒng)(運(yùn)動坐標(biāo)系統(tǒng)),如圖1所示。

        2.2 操縱運(yùn)動的線性方程式

        (1)

        圖1 描述船舶運(yùn)動的坐標(biāo)系

        3 船舶操縱性數(shù)值仿真預(yù)報(bào)

        利用Visual Basic 6.0計(jì)算機(jī)語言,對建立的船舶操縱運(yùn)動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)船舶操縱仿真平臺的開發(fā)。仿真平臺源程序具體實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖2所示,輸入界面如圖3所示。

        3.1 仿真船舶的具體參數(shù)

        結(jié)合仿真程序的工程應(yīng)用,選取某內(nèi)河貨船作為輸入程序的默認(rèn)參數(shù):船舶長度46m,水線長44m,排水量640t,型寬10.5m,型深3.6m,滿水吃水2.5m,船中橫剖面系數(shù)0.996,水線面系數(shù) 0.8799,方型系數(shù)0.620,舵面積,左舵和右舵3.7m2,舵展弦比,左舵和右舵1.03,螺旋槳直徑1.85m,螺旋槳盤面積,2.69m2,設(shè)計(jì)航速,18km/h,設(shè)計(jì)航速下的推力,17t.

        3.2 船舶操縱運(yùn)動仿真

        回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

        靜水回轉(zhuǎn)試驗(yàn):在靜水條件下,船舶初始航速為18m/s,艏向角為0°進(jìn)行5°、15°、30°舵角右旋回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真,仿真結(jié)果如下:

        5°舵角回轉(zhuǎn)試驗(yàn)航跡線 15°舵角回轉(zhuǎn)試驗(yàn)航跡線30°舵角回轉(zhuǎn)試驗(yàn)航跡線

        4 結(jié)論

        通航密度的提高,船舶的大型化、專用化,使得船舶操縱性問題日益突出,同時(shí)也使得人們對船舶操縱性問題更加重視。對船舶操縱性問題仿真的研究,將有助于人們在船舶設(shè)計(jì)階段更好地進(jìn)行船舶操縱設(shè)計(jì),在船舶營運(yùn)階段更好地操縱船舶,防止船舶事故的發(fā)生,有助于熱門更好地進(jìn)行港航設(shè)計(jì)和科學(xué)管理。

        參考文獻(xiàn):

        [1]盛振邦,劉應(yīng)中.船舶原理[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2011.

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