[发明专利]航海模拟器用KaMeWa型喷水推进水翼船运动数学模型

说明书

技术领域

本发明涉及航海模拟器中船舶运动数学模型构建的领域，尤其是涉及一种KaMeWa型喷水推进水翼船的运动水动力数学模型的构建。

背景技术

航海模拟器本质上是一种人-机实时交互系统，通过仿真模型在线模拟船舶对在操纵设备上所进行的各种操作的响应(即船舶运动状态的变化)，达到航海教育或科学研究的目的。船舶运动状态的变化由模型解算程序根据每条船的运动数学模型、航行环境以及操船指令实时获得。每一种类的船舶由于设计目的不同而具有较大的结构差异，导致不同种类的船舶具有各自的操纵特性和对环境的响应特性，所以在研制航海模拟器时需要对不同种类的船舶分别建立相应的船舶运动数学模型。

KaMeWa型喷水推进水翼船是一种性能优良的新型高速船，而且也是在水路运输应用较多的一种船型[1]。国外学者Shimizu[2]开发的HYPAT软件包能够对水翼和襟翼的空泡状态进行研究。大坪英臣[3]开发的TSLAM-FHF软件包对水翼船的垂向运动进行了研究。国内羊少刚[4]基于理想流体的势流理论，对船舶双体部分的兴波阻力性能和变吃水阻力性能进行计算。对于喷水推进单元，金平仲[5]介绍了一种内藏式喷水推进器的建造设计原理，MouJunmin[6]在对喷水推进单元进行建模的时候，采用了简化的方法，即用传统的螺旋桨类比喷水推进器的方法(本质上仍为传统的螺旋桨推力的建模方法)，对喷水推进单元建立水动力数学模型。

需要指出的是这些研究均是对喷水推进水翼船某一方面的性能进行研究，并且是以船舶建造为目的而进行的，这也使其很难应用于航海模拟器中。KaMeWa型喷水推进水翼船作为一种具有特殊结构和性能特点的船舶，普通商船的建模方法和经验公式已经不能够继续适用[7-9]。鉴于水翼船在不同的航速时船体姿态和吃水不同，将引起船体参数较大的变化，并且船舶在航行过程中时刻受到外界风浪的干扰，[7-14]提出了通过拟合船舶横剖面图实时计算船型参数，在数学模型水翼升力计算中考虑水翼处次波面的影响；并且[15]针对航海模拟器的应用需要建立了KaMeWa型喷水推进单元的数学模型，实现了KaMeWa型喷水推进水翼船各种不同操纵工况(如旋回、倒车、横移等)下的操纵运动仿真。

参考文献：

1.任俊生，杨盐生，高速水翼双体船的结构和运动特点，中国航海学会，高速船及特殊用途特殊结构船舶航行安全论文集，2000

2.Shimizu K，Masuyama K，Fukushima M，Takashina J，Ishii N，A study on the hydrodynamics aspects ofhybrid hydrofoil catamaran，Proc.2nd Inter.Conf.on Fast Sea Transportation(FAST’93)，1993

3.大坪英臣，久保田晃弘，水中翼付き大型高速船の縦運動と縦強度(第1報：水中翼の非定常特性と正面規則波中計算結果)，日本造船学会論文集，1990，第168号

4.羊少刚，李干洛，李洁雅，余灵，新型内河高速双体水翼船设计研究，造船技术，1994，第2期

5.金平仲，船舶喷水推进，国防工业出版社，1986

6.Mou Junmin，Zou Zaojian，Zhang Xiaotu，Maneuvering simulation of a catamaran with waterjets using asimplified model，Proceedings MARSIM，2003

7.任俊生，杨盐生，高速水翼双体船运动数学模型初探，中国航海学会，高速船及特殊用途特殊结构船舶航行安全论文集，2000

8.任俊生，杨盐生，对高速水翼双体船静水中运动的再研究，北京：中国航海学会航海实用新技术研讨会论文集，2002

9.任俊生，杨盐生，静水中高速水翼双体船运动建模和仿真研究，大连海事大学学报，2002，28(2)

10.任俊生，杨盐生，杜嘉立，高速水翼双体船波浪中运动建模与仿真，大连海事大学学报，2004，30(2)

11.Ren Junsheng，Yang Yansheng，Simulation of heaving and pitching motion of fast boat with hydrofoils，Journal of Dalian Maritime University，2002，28(Suppl.)