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船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析研究

孙寒冰 肖佳峰 王伟 刘伟杰 郑兴

孙寒冰, 肖佳峰, 王伟, 刘伟杰, 郑兴. 船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析研究[J]. 中国舰船研究. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02243
引用本文: 孙寒冰, 肖佳峰, 王伟, 刘伟杰, 郑兴. 船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析研究[J]. 中国舰船研究. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02243
A Study on numerical solution and sensitivity analysis of the hydrodynamic derivatives on the maneuverability prediction[J]. Chinese Journal of Ship Research. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02243
Citation: A Study on numerical solution and sensitivity analysis of the hydrodynamic derivatives on the maneuverability prediction[J]. Chinese Journal of Ship Research. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02243

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02243
基金项目: 国家级-可变结构USV在恶劣海况下的运动预报与智能稳定航行控制技术研究(52071100)

A Study on numerical solution and sensitivity analysis of the hydrodynamic derivatives on the maneuverability prediction

  • 摘要: 【目的】为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,【方法】基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出了一种船舶操纵运动预报方法。首先,求解RANS方程,应用VOF捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB5415船型进行约束运动的数值计算,将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证了数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法,建立了DTMB5415船模的操纵数学模型,利用龙格-库塔算法求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析了水动力导数对两种操纵运动的敏感度。【结果】本方法得到的操纵轨迹和衡准参数的仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有改善。水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。【结论】通过数值方法求解敏感度较高的部分水动力导数,结合经验公式计算敏感度较低的其他水动力导数,进行船舶操纵性预报的方法是可行的。该方法预报精度满足工程应用的同时,大大减少了计算成本,尤其适合用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-31
  • 网络出版日期:  2021-05-26

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