內(nèi)河船舶操縱數(shù)學(xué)模型中水流力的模擬及應(yīng)用

孔憲衛(wèi)，張慶河，晉亞斐，李曉松，李君濤

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456；2.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

船舶操縱模型主要有兩類，一類是MMG分離型數(shù)學(xué)模型，一類是整體性模型。MMG模型中各項(xiàng)有明確的物理意義，能夠比較簡單地表達(dá)出作用在船體上的流體動(dòng)力和螺旋槳、舵上的作用力以及舵槳、船之間的互相干擾。整體性模型將舵、螺旋槳、船體作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，需要大量的船模試驗(yàn)來確定水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，而且某一確定船型的試驗(yàn)結(jié)果很難再應(yīng)用到其他船型中去。經(jīng)過多年研究，MMG模型在計(jì)算螺旋槳、舵的作用和船體上的流體動(dòng)力方面已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗(yàn)公式，近幾年中MMG模型的研究主要集中于波浪力對(duì)船舶相應(yīng)的研究[1-2]。

船舶操縱模擬是沿海碼頭工程通航條件研究的一種比較有效的方法[3-4]，而在內(nèi)河船閘研究中則應(yīng)用較少，主要原因是內(nèi)河水域水流條件復(fù)雜[5]，尤其是在船閘引航道口門區(qū)。許多船舶操縱模擬器中的數(shù)學(xué)模型對(duì)水流力的處理是給恒定值或者給定流場(chǎng)后也采用一個(gè)值來進(jìn)行模擬，這大大限制了船舶操縱模擬在船閘引航道口門區(qū)通航條件研究的精度，本文采用MMG分離型建模的方法將非均勻流應(yīng)用到船舶操縱模擬中，并將其應(yīng)用到了船閘引航道口門區(qū)的研究中，取得了比較好的效果。

圖1 坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖

1 船舶操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立及驗(yàn)證

1.1 模型建立

為了描述船舶的運(yùn)動(dòng)，采用了兩個(gè)右手坐標(biāo)系，如圖1所示兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。……