第37卷 第4期大连海事大学学报Vol.37 No.4 2011年11月Journal of Dalian Maritime University Nov., 2011

文章编号:1006-7736(2011)04-0006-03

船舶动力定位系统波浪扰动仿真

宋 健a,杜佳璐b,李文华a,孙玉清a,陈海泉a

(大连海事大学a.轮机工程学院; b.信息科学技术学院,辽宁大连116026)

摘要:根据ITTC双参数波浪谱和波浪漂移力计算公式,基于Matlab Simulink建立波浪的仿真模型以及船舶所受波浪扰动的数值计算模块.以一艘供给船为对象,分别计算其在规则波和不规则波模型作用下所受波浪干扰力.计算结果证明了所建模型的有效性,为建立综合考虑风浪流扰动的船舶动力定位系统仿真平台奠定了基础.

关键词:船舶动力定位;波浪漂移力 力矩;ITTC双参数谱;规则波;不规则波

中图分类号:TP391.9 文献标志码: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

船舶动力定位是指船舶在不借助锚泊系统情况下,利用自身推进装置抵御风、浪、流等外界扰动的影响,以一定姿态保持在海面某目标位置,或使船舶精确地跟踪某一给定轨迹,以完成各种作业功能[1].动力定位系统已广泛应用于各种船舶及海上浮式作业平台,是深海开发的关键技术之一,对我国海洋开发具有重要的现实意义.建立一个反映海况和气象等自然环境对船舶所造成影响的仿真模型,对船舶动力定位控制系统设计及其仿真实验研究均具有重要意义.

在充分研究波浪扰动作用机理基础上,本文基于Matlab Simulink完成波浪仿真及其对船舶扰动计算模块的建立.以供给船为例,分别进行规则波和不规则波波浪干扰力 力矩的计算分析.仿真结果验证了所设计模型的有效性.

1 波浪干扰模型的建立

为描述船舶的运动情况,引入两种坐标系,大地坐标系OX0Y0和波浪运动坐标系O ,如图1所示.动力定位船舶三自由度低频动力学方程表示为

M +D r= wave2+ wind+ (1)其中:M为船舶惯性矩阵;D为水动力阻尼矩阵; =[u,v,r]T为船舶速度向量; r= - c为考虑了海流作用的船舶相对速度向量; c为海流速度向量; wave2、 wind、 分别为船舶附体坐标系下波浪、风和推进器作用于船舶的力 力矩向量.

图1中, 为船舶航向角, 为绝对波向角, 为

收稿日期:2011-06-25

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51079013);辽宁省教育厅高等学校科研资助项目(LT2010013);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2011QN109)

作者简介: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,辽宁营口人,教授,博士生导师,E-mail:dujl66@http://www.doczj.com/doc/5dcafe5e67ec102de3bd8907.html