POD推进方式的大型船舶运动模型仿真
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WANG Zhihui （ Qinhuangdao Institute of Technology， Qinhuangdao 066100 ， China） Abstract： In this paper， to improve the way of pod propulsion ship maneuvering for the purpose，based on the separation of MMG modeling thought，on the basis of ship motion state of pod propulsion mode of ship motion mathematical model is established． Then the model is simulated by receiving information to control the and then on the maneuverability of the ship were carried rotational speed and the angle of rotation of the paddle， out turning maneuver motion simulation and Z － motion simulation， the simulation test data and real data similar to the ship． Mathematical models show the ship' s motion can more accurately reflect the state of motion shiphanding and research a profound significance on ship motion based on POD propulsion mode． Key words： pod propulsion； maneuverability； mathematical models 部，用于提供推进动力的船舶螺旋桨被安装于吊舱 内部的前端位置。 船舶上吊舱组成主要为舱体及支撑舱的支架 ， 安装在船舶的舱体内部用于提供船舶动力的电机可 以直接控制船舶舱里的前端部分与后端的螺旋桨 ， 使其能够进行相应运动。 这种具有吊舱的船舶系统 其推进方法要优于普通的直接基于螺旋桨提供船舶 动力的系统， 具有节省空间、 高程度模块化、 高可 靠性、安装方便、维护简单的优势。
通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度， 再对 基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型 。然后将模型进行仿真， 船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和 Z 形操纵运动仿真， 软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似 。 表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态， 对基于 POD 推进方 式的船舶运动研究有较深远意义 。
关键词： 吊舱推进； 操纵性能； 数学模型 中图分类号： TP391． 9 文献标识码： A doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2016. 5A. 018 文章编号： 1672 － 7649 （ 2016 ） 5A － 0052 － 03
POD propulsion mode of large ship motion model simulation
第 38 卷第 5A 期 2016 年 5 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 38 ，No． 5A May， 2016
POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
王智慧
（ 秦皇岛职业技术学院， 河北 秦皇岛 066100 ） 摘 要： 以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的， 基于 MMG 分离建模思想， 依据船舶运动的状态建立
收稿日期： 2016 － 02 － 19 作者简介： 王智慧（ 1978 － ） ， 女， 硕士， 讲师， 主要研究方向为计算机应用 。
第 5A 期 2. 1
王智慧： POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
· 53·
船舶运动数学模型 船舶在水中运动过程中具有一定的推力作用，为了 表示出船舶吊舱在电机作用下所产生的推力，本文将以 普遍采用的基于船舶在平面中的运动为基础，对其采用 的两坐标系进行相应改进，将船舶吊舱的附体坐标系加 进原来的坐标系中，图 1 为新建的 3 种坐标系。 G P X P Y P 为后来所增加的船舶吊舱附体坐标系， Gxy 为船舶的附体坐标系，OX i Y i 为普遍采用的船舶 平面坐标系。
式中： t P 和 a P 分别为船舶推力减额系数及横向力系 数； x P 为吊舱体的重心 G P 与船舶本身的重心 G 之间 的距离长度。 设定好 所 要 测 试 的 船 舶 初 始 航 行 速 度， 根 据 图 1 ，运用数学上面插值与曲线拟合方法， 可计算 得出 T K 和 Q K 参数值， 然后再计算出船舶吊舱上运 计算公式如下： 动的螺旋桨推力 T 与它的扭矩 Q， 2 4 T = ρn D K T （ J P ） ， （ 2） Q = ρ n 2 D5 K Q （ J P ） 。 式中： P 为海水密度； n 为螺旋桨旋转的速度； D 为螺 旋桨的直径； K T 和 K Q 为船舶推力系数与转矩系数。 2. 3 船舶流体动力以及力矩计算模型 为有效得出船舶所受到的惯性流体力， 需要首
0
wk.baidu.com
引
言
［1 ］
船舶上基于吊舱方式的电力推进器 （ POD ） ， 对受到水的动力作用进行相应优化， 其优化后的船 舶推进系统效率要优于一般以船桨为推动力的船舶 电力推进系统，所以采用吊舱式推进方式的船舶具 备较高的实际应用价值。 本文以改善吊舱推进方式 及船舶操纵性能为目的， 修正了目前普遍采用的船 舶操纵运动数学模型。 分析电机在转动过程中对船 舶运动性能的影响， 构建基于吊舱方式的船舶电力 ［2 ］ 推进操纵运动仿真模型 。
2
船舶平面运动坐标系统与运动方程
1
吊舱推进器结构及优点
吊舱的外形为流线型， 安装在船舶上船舵的位 置，用于船舶运动的推进电机安装在船舶吊舱的内
MMG 模型［3］需要分别研究船、桨、舵的性能，可 以表示出作用于船体的各种流体动力。它基于较高的 理论分析及实际的研究，可以较为准确的表示出系统 的数学模型，以此来预测船舶在运动过程中的响应。
通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度， 再对 基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型 。然后将模型进行仿真， 船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和 Z 形操纵运动仿真， 软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似 。 表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态， 对基于 POD 推进方 式的船舶运动研究有较深远意义 。
关键词： 吊舱推进； 操纵性能； 数学模型 中图分类号： TP391． 9 文献标识码： A doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2016. 5A. 018 文章编号： 1672 － 7649 （ 2016 ） 5A － 0052 － 03
POD propulsion mode of large ship motion model simulation
第 38 卷第 5A 期 2016 年 5 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 38 ，No． 5A May， 2016
POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
王智慧
（ 秦皇岛职业技术学院， 河北 秦皇岛 066100 ） 摘 要： 以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的， 基于 MMG 分离建模思想， 依据船舶运动的状态建立
收稿日期： 2016 － 02 － 19 作者简介： 王智慧（ 1978 － ） ， 女， 硕士， 讲师， 主要研究方向为计算机应用 。
第 5A 期 2. 1
王智慧： POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
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船舶运动数学模型 船舶在水中运动过程中具有一定的推力作用，为了 表示出船舶吊舱在电机作用下所产生的推力，本文将以 普遍采用的基于船舶在平面中的运动为基础，对其采用 的两坐标系进行相应改进，将船舶吊舱的附体坐标系加 进原来的坐标系中，图 1 为新建的 3 种坐标系。 G P X P Y P 为后来所增加的船舶吊舱附体坐标系， Gxy 为船舶的附体坐标系，OX i Y i 为普遍采用的船舶 平面坐标系。
式中： t P 和 a P 分别为船舶推力减额系数及横向力系 数； x P 为吊舱体的重心 G P 与船舶本身的重心 G 之间 的距离长度。 设定好 所 要 测 试 的 船 舶 初 始 航 行 速 度， 根 据 图 1 ，运用数学上面插值与曲线拟合方法， 可计算 得出 T K 和 Q K 参数值， 然后再计算出船舶吊舱上运 计算公式如下： 动的螺旋桨推力 T 与它的扭矩 Q， 2 4 T = ρn D K T （ J P ） ， （ 2） Q = ρ n 2 D5 K Q （ J P ） 。 式中： P 为海水密度； n 为螺旋桨旋转的速度； D 为螺 旋桨的直径； K T 和 K Q 为船舶推力系数与转矩系数。 2. 3 船舶流体动力以及力矩计算模型 为有效得出船舶所受到的惯性流体力， 需要首
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引
言
［1 ］
船舶上基于吊舱方式的电力推进器 （ POD ） ， 对受到水的动力作用进行相应优化， 其优化后的船 舶推进系统效率要优于一般以船桨为推动力的船舶 电力推进系统，所以采用吊舱式推进方式的船舶具 备较高的实际应用价值。 本文以改善吊舱推进方式 及船舶操纵性能为目的， 修正了目前普遍采用的船 舶操纵运动数学模型。 分析电机在转动过程中对船 舶运动性能的影响， 构建基于吊舱方式的船舶电力 ［2 ］ 推进操纵运动仿真模型 。
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船舶平面运动坐标系统与运动方程
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吊舱推进器结构及优点
吊舱的外形为流线型， 安装在船舶上船舵的位 置，用于船舶运动的推进电机安装在船舶吊舱的内
MMG 模型［3］需要分别研究船、桨、舵的性能，可 以表示出作用于船体的各种流体动力。它基于较高的 理论分析及实际的研究，可以较为准确的表示出系统 的数学模型，以此来预测船舶在运动过程中的响应。