基于CFD的DP船運動建模及控制方法研究.pdf

1、動力定位控制的研究熱點一直圍繞著船舶如何能夠在復(fù)雜海況下保持良好的控制效果而展開。動力定位控制首先需要準確的船舶運動數(shù)學模型，而水動力導(dǎo)數(shù)是船舶運動數(shù)學模型的重要組成部分。目前,求取水動力導(dǎo)數(shù)的方法主要有船模物理水試驗法、經(jīng)驗公式估算法和基于CFD的數(shù)值模擬方法。物理水池實驗獲得水動力參數(shù)的方法，試驗周期長、費用高，且具有尺度效應(yīng)，而經(jīng)驗公式估算方法受船型制約，誤差較大?；贑FD的數(shù)值模擬試驗方法，由于其試驗周期短、成本低、能夠獲得全

2、面精確的流場信息等優(yōu)點得到了迅猛的發(fā)展。
　　本文首先建立動力定位船舶三自由度運動數(shù)學模型。基于Fossen建模的思想，并結(jié)合動力定位船舶低速作業(yè)的特點，在一般船舶動力學模型的基礎(chǔ)上進行進一步的簡化，最后得到了一種可供本文使用的相對簡單卻又不失合理性的船舶動力學模型，并在此基礎(chǔ)上得到了動力定位船舶三自由度數(shù)學模型。其次，為了求取船舶水動力參數(shù)，進行了基于CFD的約束船模試驗的數(shù)值模擬。針對目標船舶建立了三維幾何模型，并按1:20對

3、船模進行縮尺。為了便于數(shù)值模擬計算，本文采用了ICEM CFD前處理軟件對船模及其流體域進行網(wǎng)格劃分。在此基礎(chǔ)上，以FLUENT軟件為仿真平臺，對某水面船進行了直航試驗、斜拖試驗以及旋臂試驗的數(shù)值模擬計算，得到水動力及力矩值，并采用最小二乘法將計算結(jié)果進行線性回歸，得到相關(guān)的水動力系數(shù)，通過與試驗數(shù)值對比分析和船模仿真驗證，驗證了數(shù)值方法的有效性和模型的正確性。最后，設(shè)計了動力定位控制器。針對CFD數(shù)值模擬計算得到的船模參數(shù)存在一定的誤