基于Virtools的救助船操縱運(yùn)動(dòng)建模和仿真.pdf

1、本課題是以海上救助船舶模擬器的應(yīng)用開發(fā)為背景,針對(duì)其核心技術(shù)之一的船舶操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立而展開研究。首先建立了船舶操縱運(yùn)動(dòng)的三自由度水平面線性模型,以及規(guī)則波中的橫搖運(yùn)動(dòng)線性模型;其次利用三維交互軟件Virtools的編程功能,實(shí)現(xiàn)了模型的數(shù)值求解及仿真,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了必要的驗(yàn)證和理論分析;最后在Virtools的可視化虛擬環(huán)境中,展示了船舶的3D運(yùn)動(dòng)效果。
　　 在水平面運(yùn)動(dòng)線性模型方面,采用流體動(dòng)力的整體型建模方法,將

2、船舶所受的流體動(dòng)力利用泰勒公式展開為一階線性模型,把船體、螺旋槳和舵的流體動(dòng)力及其相互干擾力一并考慮在水動(dòng)力系數(shù)中,使復(fù)雜的受力關(guān)系簡(jiǎn)單化。
　　 在橫搖運(yùn)動(dòng)線性模型方面,采用了規(guī)則波及小角度橫搖的假設(shè),對(duì)船體進(jìn)行了受力分析,建立了橫搖線性模型。在求取模型中的相關(guān)參數(shù)時(shí),采用了不規(guī)則波的理論,進(jìn)而將實(shí)際中的不規(guī)則風(fēng)浪參數(shù)轉(zhuǎn)化為模型所需的規(guī)則波參數(shù)。
　　 利用Virtools的SDK編程,采用四階龍格.庫(kù)塔法對(duì)上述模型進(jìn)

3、行了數(shù)值求解,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)仿真。針對(duì)水平面線性模型的仿真結(jié)果,與“育龍”和“育鯤”輪的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了對(duì)比,分析表明:水平面運(yùn)動(dòng)線性模型可對(duì)船舶的微幅運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)和模擬;針對(duì)“南海救111”輪,對(duì)影響該船橫搖性能的參數(shù)做了理論計(jì)算與分析,然后利用橫搖運(yùn)動(dòng)線性模型進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明橫搖特性的理論分析與仿真結(jié)果是趨于一致的。
　　 基于對(duì)上述兩種船舶運(yùn)動(dòng)模型的數(shù)值求解,在Virtools虛擬環(huán)境中,動(dòng)態(tài)模擬了“南海救111”輪海上航行時(shí)