如何模擬船舶運動？

學而時習之2022-10-20 17:17:09

根據題主描述：已知船舶相關引數以及各項水動力導數，想要模擬出船舶特定工況下的運動，如迴轉實驗以及Z型實驗等。應該是需要做操縱性模擬，而操縱性模擬就需要參考船舶操縱運動數學模型。

目前船舶操縱運動數學模型按型別可以分為響應模型和水動力模型這兩類，其中響應模型描述了船舶這一動力學系統的系統輸出（如轉首角速度、橫向速度等）對系統輸入（如舵角、螺旋槳轉速等）的動態響應關係，主要應用於船舶的航向保持以及控制器的相關研究。而水動力模型又主要分為整體型模型和分離型模型（MMG模型）兩類。水動力模型中包含了各種線性、非線性水動力系數和干擾係數。這個應該是題主需要用到的模型。

顧名思義，整體型模型是將作用於船舶上的力作為整體進行分析。MMG模型的數學建模方法與原理是將作用於船舶上的流體動力和力矩分解為作用於裸船體、敞水螺旋槳和敞水舵上的流體動力和力矩，以及它們之間的相互干涉動力和力矩，並給出了各個力和力矩的計算方法。MMG模擬計算如下圖：

至於採用哪種軟體，就看你熟悉哪種程式語言了。MATLAB，Python，C語言等都是可以實現的，因為它本身的原理就只是透過龍格庫塔法求解一階非線性微分方程組的數值解。個人推薦MATLAB，語言簡單，自帶龍格庫塔法函式包。

推薦一本書，《船舶運動數學模型：機理建模與辯識建模》賈欣樂，楊鹽生；大連海事大學出版社，1999。可以瞭解一下，看完之後能夠對船舶操縱運動方程有一個清晰的認識。

希望能夠幫到你！