如何建立船舶運動數學模型?需要用到那些數學知識?

時間 2021-05-11 16:48:39

1樓:

1、純自航問題

數學模型就是阻力與推力平衡,得到速度。解決此問題需要了解螺旋槳水動力學,船舶阻力,船槳干擾。對於高速船或限制航道航行,要考慮船體姿態變化。

2、操縱問題

對於自航操縱問題,數學模型是舵力形成的力矩與船體轉向的水動力力矩平衡,得到恆定角速度。或者牛二律:舵力的力矩使船體產生恆定角加速度轉向。

解決此問題需要了解船舶操縱學,船舶操縱水動力,操舵響應方程。

對於約束操縱問題,數學模型是牛二律:由船體的加速度/角加速度的改變推算船舶操縱水動力。

Abkowitz模型:Abkowitz, M. A.

(1964). Lectures on Ship Hydrodynamics - Steering and Maneuverability. Technical Report Hy-5.

Hydro- and Aerodynamic』s Laboratory. Lyngby, Denmark

MMG模型 DOI: 10.1007/s00773-014-0293-y

3、耐波問題

數學模型是牛二律:船舶受到的波浪力引起船體的加速運動或角加速運動。

解決此問題需要了解波浪理論,船舶運動理論。

純橫搖運動模型 (線性、非線性)

三自由度運動模型 (橫搖、縱搖、垂盪)

六自由度運動模型

頻域/時域模型

4、自航-耐波耦合模型

波浪增阻、推進器在波浪中的效率、甲板上浪/螺旋槳出水。

5、操縱-耐波耦合模型

這是個前沿問題,比較著名的有Skejic雙尺度模型

數學知識:

-線性代數,偏微分方程,復變函式,運動學、概率與統計、高等數學(每一章都會用)

-數學物理方法(做勢流理論)、數值計算方法(做CFD或時域求解)、控制理論(航跡控制、橫搖縱搖控制)、非線性振動(做非線性運動),優化方法/機器學習(做操縱性)

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