[发明专利]拖轮傍拖大型油轮工况的仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及航海模拟器船舶运动仿真领域，尤其涉及一种拖轮傍拖大型油轮工况的仿真系统。

背景技术

近年来，全球经济及航运业的飞速发展和海洋资源的不断开发，使得国内外港口数目激增，船舶也不断向大型化、多样化发展。但因为港口内可航水域较小和大型船舶尺度大、惯性大等特点，船舶操纵性受到极大制约，在进出港口时的操作困难程度无须多言。而作为协助大船操作的重要工具，拖轮有着自身吨位小、灵活性强、操纵方便等特点，除此之外更可以提供较大的推力或拉力，这无疑使得拖轮协助大船操作这一辅助操纵手段成为保障船舶安全靠离泊的首选方法。

国际海事组织(IMO，International Maritime Organization)海上安全委员会在第77次会议，设备委员会在第30次会议和海上环境保护委员会在第49次会议上就港口提供足够的拖轮来协助大型船舶操纵，可以提高航行和港口安全达成共识。而国内外各大港口的普遍选择全回转拖轮作为港作拖轮，港作拖轮中又以全回转尾推进拖轮(Azimuth Stern Drive Tug，简称ASD)为主。

在港口拖航中，拖轮的操纵和与大船之间的配合决定了拖轮能否安全协助大船进出港口，那么对于拖轮驾驶员来说，拥有丰富的操作拖轮协助大型船舶靠离港的经验和完全掌握拖轮的操纵运动特性是十分重要的。但众所周知，利用实船进行培训拖轮驾驶员有着周期长、费用大的弊端。而基于计算机仿真技术的模拟，在这一方面的优势显露无疑，可以在减少资金投入、缩短培训周期的同时，高质量的完成对拖轮驾驶员及引航员的培训，达到预期效果。

通常，拖轮作业工况的方式包括三种：顶推、拖带和傍拖，其中，傍拖的拖带形式可以使得船舶无论在直航运动还是回转运动中都能有效减少所占用的水域大小，具备操纵性强，靠泊、驻位比较准确等优点，有着很强的实用性。同时，傍拖拖带广泛应用在组合拖带方案中，对于傍拖数学模型的研究也可以为组合拖带中各种拖带方式的合理搭配组合提供理论依据，以便有效利用港口拖轮的马力及数量，做到拖轮资源的有效利用。因此，本发明主要对傍拖的作业工况进行模拟研究。

在计算机仿真技术中，航海运动的数学模型的精确度直接决定了航海模拟的行为真实感。然而，现有技术中[1]傍拖作业工况的数学模型仅为三自由度数学模型，其假设船舶航行在无限深广水域，仅考虑处于水平面内的运动，即纵荡、横荡和艏摇，不考虑船舶的纵摇、升沉及横摇运动，该种假设对于一般大小的船舶可以满足实际要求，但是对于大型油轮，由于其重心较高，实际运动中的横倾角较大，大型油轮时常会因横倾而产生倾覆沉没，因此，三自由度数学模型在模拟傍拖大型油轮作业工况时是明显不准确的；另外，现有技术中^[1]考虑外界环境力时，未完全对风、浪和流建立数学模型，因此，急需一种更为精确表示实际的拖轮傍拖大型油轮工况的仿真系统。

参考文献：

[1]周宏伟.大型被拖船操纵运动建模与运动特性仿真研究[D].镇江：江苏科技大学.2013.03.

[2]贾欣乐,杨盐生.船舶运动数学模型[M].大连：大连海事大学出版社.1997:15-20

发明内容

本发明针对现有技术中傍拖船舶操纵运动的数学模型的不精确的问题，而提出一种更为精确的拖轮傍拖大型油轮工况的仿真系统，具体技术方案如下：

一种拖轮傍拖大型油轮工况的仿真系统，包括:

模型模块，其包括几何模型建立子模块和网格划分子模块；其中，所述几何模型建立子模块根据实船尺寸、拖轮数量及拖轮位置构建拖轮傍拖大型油轮的几何模型，其中，所述拖轮的数量大于等于1；所述网格划分子模块对所述几何模型及其周围的计算域进行网格划分，以在计算模块中作为载体，对船体受力进行分析求解；

参数模块，其包括环境参数子模块、大型油轮船舶参数子模块和拖轮船舶参数子模块；其中，所述环境参数子模块用于输入实际环境中风、浪和流的参数；所述大型油轮船舶参数子模块和所述拖轮船舶参数子模块分别用于输入大型油轮和拖轮的船舶参数；

控制模块，其包括大型油轮控制子模块及拖轮控制子模块,分别控制大型油轮和拖轮的航向和航速；