第37卷 第4期大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.37 No.4 2011年11月Journal of Dalian Maritime University Nov., 2011

文章編號(hào):1006-7736(2011)04-0006-03

船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)波浪擾動(dòng)仿真

宋 健a,杜佳璐b,李文華a,孫玉清a,陳海泉a

(大連海事大學(xué)a.輪機(jī)工程學(xué)院; b.信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,遼寧大連116026)

摘要:根據(jù)ITTC雙參數(shù)波浪譜和波浪漂移力計(jì)算公式,基于Matlab Simulink建立波浪的仿真模型以及船舶所受波浪擾動(dòng)的數(shù)值計(jì)算模塊.以一艘供給船為對(duì)象,分別計(jì)算其在規(guī)則波和不規(guī)則波模型作用下所受波浪干擾力.計(jì)算結(jié)果證明了所建模型的有效性,為建立綜合考慮風(fēng)浪流擾動(dòng)的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)仿真平臺(tái)奠定了基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞:船舶動(dòng)力定位;波浪漂移力 力矩;ITTC雙參數(shù)譜;規(guī)則波;不規(guī)則波

中圖分類號(hào):TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Simulation of ship dynamic positioning

system disturbance due to wave

SONG Jian a,DU Jialu b,LI Wenhua a,

SUN Yuqing a,CHEN Haiquan a

(a.M arine Enginee ring Colle ge;b.In f o rmation

Sc ienc e and Te chnology Colle ge,Dalian Mari ti me University,

Dalian116026,China)

Abstract:Based on ITTC two-parameter wave spectrum and wave force torque calculation formula,models for the wave simulation and wave disturbance nu merical calculation were set up based on Matlab Si mulink.Wave disturbance on a supply ship was carried ou t for regular wave and irregular wave respectively.Resul ts show the effec-ti veness of the proposed model,which laies a foundation for estab-li shing ship dynamic positioning system s simulation platform with the wind-wave-current disturbance considered comprehensively.

Key words:dynamic positioning of ship s;wave drift force torque;

ITTC two-parameter wave spectrum;regular wave;ir-

regular wave 0 引 言

船舶動(dòng)力定位是指船舶在不借助錨泊系統(tǒng)情況下,利用自身推進(jìn)裝置抵御風(fēng)、浪、流等外界擾動(dòng)的影響,以一定姿態(tài)保持在海面某目標(biāo)位置,或使船舶精確地跟蹤某一給定軌跡,以完成各種作業(yè)功能[1].動(dòng)力定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種船舶及海上浮式作業(yè)平臺(tái),是深海開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一,對(duì)我國(guó)海洋開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.建立一個(gè)反映海況和氣象等自然環(huán)境對(duì)船舶所造成影響的仿真模型,對(duì)船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其仿真實(shí)驗(yàn)研究均具有重要意義.

在充分研究波浪擾動(dòng)作用機(jī)理基礎(chǔ)上,本文基于Matlab Simulink完成波浪仿真及其對(duì)船舶擾動(dòng)計(jì)算模塊的建立.以供給船為例,分別進(jìn)行規(guī)則波和不規(guī)則波波浪干擾力 力矩的計(jì)算分析.仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)模型的有效性.

1 波浪干擾模型的建立

為描述船舶的運(yùn)動(dòng)情況,引入兩種坐標(biāo)系,大地坐標(biāo)系OX0Y0和波浪運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系O ,如圖1所示.動(dòng)力定位船舶三自由度低頻動(dòng)力學(xué)方程表示為

M +D r= wave2+ wind+ (1)其中:M為船舶慣性矩陣;D為水動(dòng)力阻尼矩陣; =[u,v,r]T為船舶速度向量; r= - c為考慮了海流作用的船舶相對(duì)速度向量; c為海流速度向量; wave2、 wind、 分別為船舶附體坐標(biāo)系下波浪、風(fēng)和推進(jìn)器作用于船舶的力 力矩向量.

圖1中, 為船舶航向角, 為絕對(duì)波向角, 為

收稿日期:2011-06-25

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51079013);遼寧省教育廳高等學(xué)校科研資助項(xiàng)目(LT2010013);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2011QN109)

作者簡(jiǎn)介:宋 健(1986-),男,河北保定人,研究生,E-mail:sjdmu@http://www.doczj.com/doc/5dcafe5e67ec102de3bd8907.html

通信作者:杜佳璐(1966-),女,遼寧營(yíng)口人,教授,博士生導(dǎo)師,E-mail:dujl66@http://www.doczj.com/doc/5dcafe5e67ec102de3bd8907.html

總結(jié)

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