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基于特征模型的船舶运动数学模型 被引量:2
1
作者 张曙辉 张显库 胡甚平 《中国航海》 CSCD 北大核心 2012年第4期63-65,共3页
为了获得形式简洁而精度较高的船舶运动数学模型,将航空航天领域的特征模型移植到航海领域。利用部分实船试验数据辨识出特征模型的参数,通过船舶Z形试验验证了在航海领域使用特征模型的可行性。该精度稍高于目前使用的Nomoto模型,且保... 为了获得形式简洁而精度较高的船舶运动数学模型,将航空航天领域的特征模型移植到航海领域。利用部分实船试验数据辨识出特征模型的参数,通过船舶Z形试验验证了在航海领域使用特征模型的可行性。该精度稍高于目前使用的Nomoto模型,且保留了其简洁的形式。 展开更多
关键词 船舶、舰船工程 特征模型 “育鲲”轮 船舶运动数学模型
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基于无迹卡尔曼滤波的船舶运动数学模型辨识 被引量:10
2
作者 秦操 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第1期89-94,共6页
针对一艘目标三体船,构建MMG运动数学模型结构,利用无迹卡尔曼滤波器结合自航试验数据对模型中的参数进行辨识。为减轻动力相消带来的影响,结合三体船特点对模型结构进行化简,并设计不同的控制方式进行分步辨识。通过模型预报数据与自... 针对一艘目标三体船,构建MMG运动数学模型结构,利用无迹卡尔曼滤波器结合自航试验数据对模型中的参数进行辨识。为减轻动力相消带来的影响,结合三体船特点对模型结构进行化简,并设计不同的控制方式进行分步辨识。通过模型预报数据与自航试验观测值的对比,以及部分参数的试验测量值与辨识值的比较,验证了本文辨识方法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 系统辨识 无迹卡尔曼滤波器 船舶运动数学模型
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双吊舱船舶运动建模与仿真
3
作者 韩冰 林昀和 +1 位作者 陈宇航 彭周华 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第6期1352-1365,共14页
面向大连海事大学智能研究与实训两用船“新红专”轮的自主航行控制需求,开展该双吊舱船舶运动模型的设计工作。采用MMG模型结构,分别计算船体流体粘性力、单/双桨推力、作用于双吊舱的流体动力。以实船试航记录与螺旋桨敞水试验数据为... 面向大连海事大学智能研究与实训两用船“新红专”轮的自主航行控制需求,开展该双吊舱船舶运动模型的设计工作。采用MMG模型结构,分别计算船体流体粘性力、单/双桨推力、作用于双吊舱的流体动力。以实船试航记录与螺旋桨敞水试验数据为依据,通过数据拟合辅助求取直航阻力,提出基于仿真旋回试验与PSO算法求取部分水动力系数的方法,对现有经验公式结果进行修正。所建模型的操纵性能指标与实船数据相近,MAPE为7.05%。基于该机理建模与数据驱动结合的方法建立的“新红专”轮三自由度MMG模型,结构完整且准确性高。 展开更多
关键词 智能船舶 MMG模型 船舶运动数学模型 粒子群优化 吊舱式全回转推进装置
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船舶运动干扰力和力矩数学模型 被引量:2
4
作者 杨星 何冬梅 《舰船科学技术》 北大核心 2015年第5期132-135,共4页
为了准确计算船舶运动参数,以提高航海模拟器的模拟精度,本文基于欧拉理论建立船舶运动干扰力和力矩数学模型,考虑了水流压力、水力矩、风压力、风力矩、螺旋桨推力、螺旋桨力矩等力学参数对船身运动的影响。以某试验船为实例进行计算... 为了准确计算船舶运动参数,以提高航海模拟器的模拟精度,本文基于欧拉理论建立船舶运动干扰力和力矩数学模型,考虑了水流压力、水力矩、风压力、风力矩、螺旋桨推力、螺旋桨力矩等力学参数对船身运动的影响。以某试验船为实例进行计算研究。结果表明,本文建立的数学模型与相关文献计算结果较为一致,本文建立的船舶运动干扰力和力矩数学模型具有较好的准确性。 展开更多
关键词 船舶运动数学模型 干扰力 干扰力矩 欧拉理论
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基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器 被引量:3
5
作者 卞鸿巍 祝中磊 +2 位作者 王荣颖 马恒 文者 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期2628-2634,共7页
针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题,结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器,可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先,在响应模型的基础上,建立了基于线加速度和角速... 针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题,结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器,可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先,在响应模型的基础上,建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity,a&ω)的船舶运动模型。然后,通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后,提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明,船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动,各船舶运动参数的相似度均在80%以上,是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。 展开更多
关键词 航海模拟器 船舶运动数学模型 船舶运动参数发生器 响应模型
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航海模拟器中船舶平旋推进器的数学模型 被引量:2
6
作者 张秀凤 金一丞 尹勇 《中国航海》 CSCD 北大核心 2010年第2期27-30,共4页
建立一种用于航海模拟器的平旋推进器(Voith Schneider Propeller,VSP)的数学模型。通过操作硬件设备获得VSP桨的等效螺距比以及VSP桨产生的总推力在船体纵向、横向分力的百分数;利用已公开的VSP桨第一象限图谱计算总推力的大小;将分力... 建立一种用于航海模拟器的平旋推进器(Voith Schneider Propeller,VSP)的数学模型。通过操作硬件设备获得VSP桨的等效螺距比以及VSP桨产生的总推力在船体纵向、横向分力的百分数;利用已公开的VSP桨第一象限图谱计算总推力的大小;将分力的百分数乘以总推力即可得到在纵向、横向、首摇上的分力(矩)。将上述得到的VSP桨推力(矩)作为外力叠加到船舶运动方程中,采用四阶龙格——库塔积分得到VSP船舶运动的态势,提供给航海模拟系统的其他模块。实现了航海模拟系统的人——机交互功能,增加系统中船模数据库的多样性。 展开更多
关键词 船舶、舰船工程 平旋推进器 船舶运动数学模型 航海模拟器 人——机交互
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游艇模拟器中游艇运动模型研究 被引量:4
7
作者 孙霄峰 尹勇 +1 位作者 周宏宇 张秀凤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2085-2089,共5页
游艇的运动数学模型是开发游艇模拟器的核心技术之一。根据分离建模思想,建立了游艇的平面运动数学模型。利用平面运动装置通过船模试验测得模型艇的水动力系数,分别计算作用于船体、螺旋桨和舵上的水动力和力矩,利用四阶龙格库塔法对... 游艇的运动数学模型是开发游艇模拟器的核心技术之一。根据分离建模思想,建立了游艇的平面运动数学模型。利用平面运动装置通过船模试验测得模型艇的水动力系数,分别计算作用于船体、螺旋桨和舵上的水动力和力矩,利用四阶龙格库塔法对船舶运动方程进行求解得到船舶运动参数。利用Visual Studio 2010编写了游艇运动的仿真程序,并以三艘游艇为例,进行了游艇的操纵运动仿真。将仿真数据与船模试验数据进行了比对,结果表明所建立的游艇模型能够满足游艇模拟器的精度要求。 展开更多
关键词 游艇 船舶运动数学模型 游艇模拟器 航海仿真
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汽车运输船的响应型非线性数学模型 被引量:8
8
作者 张显库 金一丞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期487-490,共4页
为了建立一个复杂程度适宜、精度满足要求的非线性船舶运动数学模型,用非线性状态空间数学模型做船舶回转试验,采用最小二乘法辨识出船舶的非线性参数,最后用得到的响应型非线性船舶运动数学模型做Z形试验,并与实船试验结果比较.研究结... 为了建立一个复杂程度适宜、精度满足要求的非线性船舶运动数学模型,用非线性状态空间数学模型做船舶回转试验,采用最小二乘法辨识出船舶的非线性参数,最后用得到的响应型非线性船舶运动数学模型做Z形试验,并与实船试验结果比较.研究结果表明,仿真曲线与实船试验曲线符合度较好,与状态空间模型相比,该模型计算比较简单,所得微分方程可保留非线性影响因素,可以满足进行船舶闭环控制系统仿真研究时对模型精度的要求. 展开更多
关键词 交通控制 船舶运动数学模型 状态空间模型 响应型模型 非线性
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船舶运动辨识建模研究现状与展望 被引量:8
9
作者 赵百岗 张显库 +1 位作者 李争 梁才磊 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第23期21-24,共4页
辨识建模是船舶运动建模的主要方法之一。当前的船舶运动辨识建模以参数辨识为主要形式,本文通过文献回顾,归纳总结了参数可辨识性、辨识模型、辨识算法和辨识数据等4个方面的研究成果。分析指出当前存在辨识数据局限性、理论支撑不足... 辨识建模是船舶运动建模的主要方法之一。当前的船舶运动辨识建模以参数辨识为主要形式,本文通过文献回顾,归纳总结了参数可辨识性、辨识模型、辨识算法和辨识数据等4个方面的研究成果。分析指出当前存在辨识数据局限性、理论支撑不足和工程应用欠缺等问题,并就下一步在数据处理、理论完备性、非参数辨识和在线辨识方面的研究前景进行了展望。 展开更多
关键词 船舶运动数学模型 辨识建模 研究现状 问题分析与展望
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基于多系数保角变换法的船舶垂荡纵摇运动仿真 被引量:6
10
作者 张腾 任俊生 +1 位作者 范小晴 张秀凤 《上海海事大学学报》 北大核心 2019年第3期51-56,共6页
为给航海模拟器建立实用可靠的船舶在波浪中运动的数学模型,基于二维线性势流理论,采用多系数保角变换法对每个船舶横剖面进行高精度拟合,计算各个横剖面的水动力系数和波浪激励力,利用Visual Studio自主开发出船舶在规则波中的纵向运... 为给航海模拟器建立实用可靠的船舶在波浪中运动的数学模型,基于二维线性势流理论,采用多系数保角变换法对每个船舶横剖面进行高精度拟合,计算各个横剖面的水动力系数和波浪激励力,利用Visual Studio自主开发出船舶在规则波中的纵向运动数值模拟程序。为验证这个数值模拟程序的可靠性,对S175集装箱船在迎浪中运动的幅值响应因子(response amplitude operator,RAO)进行数值计算。结果表明:当弗劳德数为0.275时,RAO计算结果在大部分频率范围内与试验结果吻合良好。因此,这个数值模拟程序能准确地对船舶在波浪中的运动时历进行仿真。 展开更多
关键词 航海模拟器 船舶运动数学模型 多系数保角变换 数值模拟 时历
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船舶操纵模拟器中的系缆张力模型 被引量:3
11
作者 孙霄峰 尹勇 张秀凤 《中国航海》 CSCD 北大核心 2007年第3期1-4,共4页
建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计算系缆张力... 建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计算系缆张力;否则,忽略系缆的自重,通过由系缆的应变曲线图拟合的多项式来计算系缆张力,并分别计算了系缆的水平张力和竖直张力。进行了系缆破断强度的计算,并对系缆张力是否超出安全负荷以及系缆是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 船舶操纵模拟器 系缆张力 船舶操纵运动数学模型 悬链线
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基于岭回归方法的船舶操纵运动建模 被引量:6
12
作者 罗伟林 邹早建 《船海工程》 2009年第6期17-19,36,共4页
基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法。通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方... 基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法。通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 船舶操纵运动数学模型 系统辨识 最小二乘法 岭回归
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航海智能仿真技术及应用研究综述
13
作者 刘涛 李瀚熙 +1 位作者 尹勇 刘佳仑 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第7期1684-1709,共26页
航海仿真通过构建船舶航行环境和行为模型,模拟不同场景下的船舶响应,用于预判复杂干扰条件下的行为特征。随着计算机图形学、虚拟现实和人工智能技术的发展,尤其是无人船技术的发展,航海仿真技术出现了新的研究内容和应用。介绍了航海... 航海仿真通过构建船舶航行环境和行为模型,模拟不同场景下的船舶响应,用于预判复杂干扰条件下的行为特征。随着计算机图形学、虚拟现实和人工智能技术的发展,尤其是无人船技术的发展,航海仿真技术出现了新的研究内容和应用。介绍了航海仿真技术的研究现状和发展趋势,从典型场景、关键技术和发展趋势三方面对航海仿真技术进行研究综述;剖析了多维电子海图、智能电子海图、船舶运动数学模型、航海模拟器等技术的发展趋势和重点;明确了以“数字孪生”和“虚实融合测试验证”技术为重要发展方向的未来航海智能仿真新趋势。关键技术攻关与产品研发是持续推进航海智能仿真技术发展的基础。该研究为航海智能仿真技术的研究与应用提供了系统参考。 展开更多
关键词 航海仿真 电子海图 船舶运动数学模型 数字孪生 虚实融合测试 航海模拟器
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船舶冰区航行动态建模
14
作者 邓华 赵越 《舰船科学技术》 北大核心 2014年第7期64-68,共5页
冰区航行船舶操纵仿真训练平台的建立,可完善现有航海操纵模拟器的操船训练功能。针对船舶冰区航行特点,运用微元法建立船舶冰区航行动态数学模型,并将该模型加载到航海操纵模拟器的平台开发中。利用微元法对船舶与冰层接触部分进行分... 冰区航行船舶操纵仿真训练平台的建立,可完善现有航海操纵模拟器的操船训练功能。针对船舶冰区航行特点,运用微元法建立船舶冰区航行动态数学模型,并将该模型加载到航海操纵模拟器的平台开发中。利用微元法对船舶与冰层接触部分进行分析研究,得出船舶纵向、横向和垂向3个方向上冰层对船舶的冲击速度,从而得出船舶各个方向上受到冰块冲击力的大小,并将其加入到分离型船舶操纵运动数学模型中。通过对给定船型进行旋回仿真实验,实验结果表明本文建立的船舶冰区航行运动数学模型的误差在20%以内,可以应用于现有的航海操纵模拟器开发应用当中。 展开更多
关键词 冰区航行 航海操纵模拟器 微元法 船舶运动数学模型
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超标横流作用下航道尺度加宽研究及应用 被引量:1
15
作者 陈浩东 童思陈 +2 位作者 张莹 孙开 王祥 《人民长江》 北大核心 2025年第1期156-163,共8页
支流入汇常导致支流口干流航道局部横流加大,进而影响船舶通航安全。为研究超标横流入汇对干流航道尺度的影响,采用Fortran语言自主开发了平面二维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,对模型的合理性和可靠性进行验证后,通过模拟横流... 支流入汇常导致支流口干流航道局部横流加大,进而影响船舶通航安全。为研究超标横流入汇对干流航道尺度的影响,采用Fortran语言自主开发了平面二维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,对模型的合理性和可靠性进行验证后,通过模拟横流作用下的船舶运动,研究了超标横流对船舶横漂速度和漂角的影响,提出了超标横流安全范围和航道定量加宽值。实例应用表明:在传统航道尺度设计下,当支流口超标横流范围较小时可通过调整舵角实现航行安全;而当超标横流范围较大时则难以保障船舶安全通航,需进行河道加宽设计。提出的超标横流条件下航道加宽确定方法基本合理,对船舶操纵运动和航道设计具有一定参考价值。 展开更多
关键词 超标横流 航道加宽 水流数学模型 船舶操纵运动数学模型 支流入汇
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“育鹏”轮斜航水动力数值计算及运动仿真 被引量:4
16
作者 苑洋 张秀凤 +1 位作者 周佳其 马利华 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期610-616,共7页
为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船"育鹏"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模... 为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船"育鹏"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模物理水池试验数据进行比较,验证了计算方法的可行性;对斜航水动力系数和力矩系数利用最小二乘法进行多项式拟合求取相关操纵性斜航水动力导数,代入"育鹏"轮六自由度运动数学模型中,用于预报和运动仿真.将部分仿真试验结果与实船海试数据进行对比,吻合较好,误差均在12%以内,验证了数学模型的正确性,提高了航海模拟器数学模型的精度. 展开更多
关键词 “育鹏”轮 水动力导数 计算流体力学 船舶运动数学模型 斜航运动
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基于速度障碍的多船自动避碰控制方法 被引量:14
17
作者 熊勇 贺益雄 黄立文 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第3期46-51,共6页
传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包... 传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包括3个部分:首先,基于运动方程计算本船和目标船的基本运动与位置参数;其次,利用速度障碍方法计算本船实时的可行避碰方向;最后,实现控制变量的变换和控制算法设计。该方法是一个灵活、容易实现的多船避碰控制算法,模拟结果显示其具有较好的效果,并给出了进一步研究的建议。 展开更多
关键词 水路运输 自动避碰 船舶运动数学模型 速度障碍 PID控制
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船-缆拖曳系统操纵性能分析 被引量:7
18
作者 孙洪波 施朝健 林文锦 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期1325-1333,共9页
为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格... 为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格库塔方法对船舶运动积分求解,采用后向差分法对拖缆运动进行求解。通过对比仿真计算分析了水面拖船在拖带过程中的加速性能、旋回性能及偏转抑制性能。仿真结果表明在拖船与拖缆的相互影响下,拖船的加速性能和旋回性能有所下降而偏转抑制性能有所增强。 展开更多
关键词 船舶运动数学模型 有限差分 加速性能 旋回性能 偏转抑制性能
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基于模拟仿真的航道双向通航研究 被引量:4
19
作者 翁跃宗 孙洪波 《中国航海》 CSCD 北大核心 2014年第1期103-107,130,共6页
岸壁效应与船间效应是影响船舶航道航行安全的因素之一。在3自由度MMG船舶运动数学模型的基础上增加岸壁效应与船间效应模型,并考虑风、流及浅水影响,建立船舶航道航行的操纵运动模型;以天津港10万吨级大沽沙航道为例,利用MATLAB工具对1... 岸壁效应与船间效应是影响船舶航道航行安全的因素之一。在3自由度MMG船舶运动数学模型的基础上增加岸壁效应与船间效应模型,并考虑风、流及浅水影响,建立船舶航道航行的操纵运动模型;以天津港10万吨级大沽沙航道为例,利用MATLAB工具对10万吨级散货船的双向通航进行仿真,并对两船在航道中航行的会遇与追越的间距、航速和风流的影响进行研究。仿真结果可用于航道中船舶操纵和航道通航安全评估。 展开更多
关键词 水路运输 岸壁效应 船间效应 船舶操纵性 船舶运动数学模型
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海上拖带系统4自由度建模与仿真 被引量:4
20
作者 孙洪波 翁跃宗 《中国航海》 CSCD 北大核心 2012年第2期39-44,共6页
采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立拖船和被拖船的四自由度运动数学模型,并采用基于悬链理论的拖缆张力数学模型,组成船舶海上拖带系统。以11 480kW的拖船和27 000t的成品油船为例,利用MAT-LAB工具进行静水中改向和旋回仿真模拟,... 采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立拖船和被拖船的四自由度运动数学模型,并采用基于悬链理论的拖缆张力数学模型,组成船舶海上拖带系统。以11 480kW的拖船和27 000t的成品油船为例,利用MAT-LAB工具进行静水中改向和旋回仿真模拟,给出拖带系统在不同改向角和舵角下的航迹、艏向、航速、横摇角以及拖缆张力变化的仿真结果。根据仿真结果研究分析拖带系统的运动规律,模拟结果对于提高海上船舶拖带的安全具有指导意义。 展开更多
关键词 水路运输 海上拖带 4自由度 船舶旋回性 船舶运动数学模型
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