冰区航行的船舶运动数学模型

【摘要】本文是基于日本MMG学派分离模型思想建立的冰区航行的船舶运动数学模型。《STCW公约》马尼拉修正案中明确提出了新时代对航海模拟器的要求——冰区航行将是航海模拟器中不可或缺的一部分内容。目前国内对冰区航行的船舶运动数学模型的研究相对较少,而加拿大、挪威等国早己在几年前就建立起了该模型并将该模型应用于船舶操纵性能预报等方面。因此本文根据国外对该模型的研究并结合我国航海模拟器研究现状,利用C++编程语言建立船舶冰区航行的三自由度运动数学模型。本文在建立冰区航行的船舶运动数学模型之前,着重对海冰的力学性质进行了研究。在研究了海冰的力学性质以后,为了方便模型的建立,人为地将船体与海冰的作用过程分为三个阶段。然后根据分离模型思想,分别计算海水、空气以及海冰对船体和螺旋桨作用力,并将其带入船舶运动方程,利用四阶龙格库塔法对船舶运动方程进行常微分方程组的求解,得到船舶运动参数。在得到船舶运动参数的基础上,本文利用C++语言的MFC(MicrosoftFoundationClasses)库绘制坐标系以及船舶轮廓,显示船舶在运动过程中的位置。最后文章以破冰船AHTS/IBTorVikingⅡ号为例,进行了在无冰水域的直航试验和在冰区水域的直航、旋回试验。在得到的试验数据中提取旋回圈、前进速度、横移速度以及转首角速度等数据与瑞典仿真试验数据进行比对,仿真试验结果符合船舶操纵运动规律,并且满足精度要求,进而验证了所建模型的正确性。本文建立的数学模型能够为航海模拟器中冰区航行的船舶运动数学模型的开发与研究提供一定的理论基础。
【作者】陈海龙；
【导师】张秀凤；
【作者基本信息】大连海事大学，交通运输工程，2014，硕士
【关键词】冰区航行；船舶运动数学模型；船舶操纵性；航海模拟器；

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