航海模擬器中拖輪拖帶作業(yè)數(shù)學模型的研究.pdf

1、航海模擬器在駕駛員培訓、航道設(shè)計等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著船舶向著大型化發(fā)展，拖輪協(xié)助大型船舶操縱已經(jīng)成為了十分重要的手段。2007年挪威船級社對航海模擬器的認證標準提出了A級和B級船橋模擬器都應至少包括一個拖輪模擬器單元，故將拖輪協(xié)助大型船舶操縱的數(shù)學模型加入到航海模擬器中，實現(xiàn)拖輪拖帶作業(yè)運動的仿真是非常必要的。本文將拖輪作為一個單獨本船，通過纜繩拖帶被拖船，把拖輪拖帶作業(yè)的操縱數(shù)學模型加入到航海模擬器中來。為此，本文做

2、了以下三個方面的工作：
　　 (1)建立了拖輪拖帶作業(yè)的運動數(shù)學模型，使用龍格-庫塔四階(RK4)算法對模型進行解算。被拖船的數(shù)學模型是針對丹麥水池試驗標準船模Mariner輪采用整體型建模理論建立的，拖輪的數(shù)學模型是采用分離建模理論建立的。同時還對所建立Mariner輪的數(shù)學模型進行了旋回試驗和Z形試驗，試驗結(jié)果與實船試驗結(jié)果基本吻合，表明所建模型滿足精度要求。
　　 (2)建立了拖纜張力的計算模型。拖纜張力的計算分兩

3、種情況：一是拖纜應變小于25％時，滿足虎克定律，利用懸鏈線方程推導出拖纜水平張力與無應力長度之間的一一對應關(guān)系，然后通過迭代法計算出拖纜的張力。二是拖纜應變大于25％時，不滿足虎克定律，忽略拖纜自重，通過拖纜應變曲線圖擬合的多項式來計算拖纜張力。本文以直徑為96mm的尼龍單絲復合纜為例進行了實例驗證，結(jié)果表明所建拖纜計算模型是正確和有效的。
　　 (3)搭建拖輪拖帶作業(yè)的測試平臺。本文基于Visual C++6.0語言環(huán)境開發(fā)了