[发明专利]航海模拟器用船舶六自由度运动数学模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种用于航海模拟器的船舶运动数学模型，尤其涉及一种船舶六自由度运动数学模型。

背景技术

船舶运动数学模型是船舶运动仿真与控制问题的核心。航海模拟系统是人-机交互的实时仿真系统。在航海模拟系统中，系统为每一个仿真对象——“本船”建立六自由度船舶运动数学模型，系统运行时，由模型解算程序根据每条船的特性数据、航行环境以及操船指令计算采样时刻本船的运动参数，然后将本船的运动参数提供给系统的其他模块，比如：视景系统、驾驶台仪器仪表显示以及雷达显示模块等。

航海模拟器的行为真实感主要是由所采用的船舶运动数学模型来体现的。挪威船级社(DNV)2000年颁布的标准仅对A级船桥模拟器提出自2002年2月1日起应采用六自由度船舶运动数学模型的要求。2007年DNV标准对B级船桥模拟器也提出了应采用六自由度运动模型的要求。也就是说，如果不开发自己的六自由度船舶运动数学模型，将被排除在高端船桥模拟器之外。2006年之前，国内研制的航海模拟器使用的船舶运动数学模型大多是三自由度MMG数学模型^[1-6]。即：纵荡、横荡和摇艏。现阶段在我国研发航海模拟器用船舶六自由度运动数学模型还刚刚起步^[7]。申请人现已开发了适合航海模拟器用船舶在波浪中运动的六自由度数学模型，本数学模型分别包括了规则波中和不规则波中运动两部分，尤其针对固定螺距螺旋桨的大型商船。

参考文献：

[1]贾欣乐杨盐生，船舶运动数学模型-机理建模与辨识建模[M]，大连：大连海事大学出版社，1999

[2]Ren JunSheng，YIN Yong，Zhang Xiufeng，STUDY ON MANEUVERING MODEL OFKAMEWA-TYPE WATERJET SHIP FOR SHIPHANDLING SIMULATOR Marine and simulationtechnology(Marsim2006).2006.06

[3]Xiaofeng SUN Yong YIN Xiufeng ZHANG STUDY ON MANEUVRING MATHEMATICAL MODELFOR TRAWLER Marine and simulation technology(Marsim2006).2006.06

[4]孙霄峰  尹勇  张秀凤，可调螺距螺旋桨船舶的运动数学模型，大连海事大学学报，2007，vol 33，No.12，124-128

[5]Zhangxifueng(本专利申请人)，Jin Yicheng，YinYong，VoithPropellerModel and Used in the Tug Moving Simulation，Asia Simulation Conference The SixthInternational Conference on System Simulation and Scientific Computing(Beijing)ICSC’05，2005.10

[6]Zhang Xiufeng(本专利申请人)，YIN Yong，JIN Yicheng，THE MOVING MATHEMATICALMODELS OF TUG WITH VOITH SCHNEIDERMarine and simulation technology(Marsim2006).2006.06

[7]张秀凤(本专利申请人)，尹勇，金一丞，规则波中船舶六自由度数学模型，交通运输工程学报，2007，vol 7No.3，40-44.

[8]李子富，船舶在大风浪中非线性摇荡运动建模与仿真[D]，大连：大连海事大学，2004，3.

发明内容

为了建立航海模拟器用船舶六自由度运动数学模型，本发明采用日本操纵性数学模型小组MMG提出的“分离型”数学模型，即模型的建立以船体、螺旋桨、舵各自独立的水动力为基础，加上船-桨-舵相互之间的流体动力干扰，以及环境干扰等。