發(fā)布時間：2020-10-21 23:20

　　 近年來隨著航海技術(shù)的不斷發(fā)展,且溫室效應(yīng)的加劇導(dǎo)致全球氣溫升高,冰川快速融化,使得原來被冰川覆蓋水域出現(xiàn)了可航行區(qū)域,讓冰區(qū)航行成為可能,有關(guān)冰區(qū)航行的研究也成為時下熱門研究方向。對于我國來說,在發(fā)展中國航海事業(yè)方面,對冰區(qū)航行模擬器關(guān)鍵技術(shù)進行研究可以極大促進我國冰區(qū)航行事業(yè)。針對極地航道的特殊性,運用冰區(qū)航行模擬器可以專門培訓(xùn)冰區(qū)航行相關(guān)船員,并且可以更加快速的培訓(xùn)出參與冰區(qū)航行的人員,其中冰區(qū)航行模擬器中三維視景系統(tǒng)是整個技術(shù)研究的重點。冰區(qū)航行模擬器三維視景系統(tǒng)中海冰破碎模型是研究的關(guān)鍵之一,而彎曲破壞是海冰在破冰船前進過程中的主要破碎形式。海冰彎曲破碎模型的建立需要結(jié)合破冰船舶的破冰前進速度、海冰厚度、碰撞位置等因素的變化,很好的反映了冰區(qū)航行中破冰的實時性和真實性。本文最終選用彎曲破碎方法對海冰進行幾何建模,在破冰船舶與海冰碰撞過程中對數(shù)據(jù)和場景進行優(yōu)化,以實現(xiàn)冰區(qū)航行中船-冰連續(xù)碰撞的視景仿真,最終運用冰區(qū)航行模擬器對船員進行相應(yīng)的冰區(qū)航行操作培訓(xùn)。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)對海冰的類型分類情況進行歸納整理,并對海冰的基本物理特性和力學(xué)特性進行分析,確定海冰的幾種主要破碎模式。通過對破冰船前進過程中與海冰接觸方式的幾何圖形分析,確定船-冰碰撞中海冰的主要破碎方式為彎曲破碎模式。(2)為了便于幾何破碎模型的建立,對海冰的彎曲破碎模式進行理想化假設(shè)。運用海冰破碎半徑的經(jīng)驗公式對船冰碰撞階段的海冰破碎范圍進行幾何建模,對破冰船與海冰進行碰撞的圖形化分析。對船冰碰撞接觸階段進行綜合受力分析,從而得出船舶在破冰航行過程中在六自由度的受力公式。(3)在三維仿真實驗中,基于包圍盒理論實現(xiàn)船-冰碰撞檢測。通過對海冰的場景管理運用四叉樹空間索引方法,提高海冰場景的利用效率,對海冰模塊進行Voronoi圖算法預(yù)破碎處理,提高船-冰碰撞檢測時間效率。最后將彎曲破碎幾何模型運用到船冰碰撞仿真過程中,對破碎范圍內(nèi)的海冰進行破碎處理,提高視景的真實性和實時性。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U666.158
【部分圖文】：

洋沿岸的圣勞倫斯灣，格陵蘭島水域，波羅的海波斯尼亞灣，里加灣和芬蘭灣；北太洋東部王子港以北的海岸及其河流；北太平洋西部的日本海北部、鄂霍次克海和白領(lǐng)岸；北極地區(qū)和南極地區(qū)[2-3]。在我國境內(nèi)的渤海、黃海北部部分海域也存在冬季的結(jié)期或常年結(jié)冰現(xiàn)象，尤其是長江以北及山東以北的海域。隨著近年來溫室效應(yīng)的加劇，全球氣溫升高、冰川融化，導(dǎo)致某些水域出現(xiàn)了浮冰冰排，使得極地新能源的發(fā)展成為可能。據(jù)美國冰雪數(shù)據(jù)中心預(yù)測結(jié)果顯示，冰川在極地區(qū)的面積每十年以 3.5%的速度在減少，這種現(xiàn)象為北極航道的開通提供了有利的件[4]。北極航道由“西北航道”以及“東北航道”構(gòu)成[5]，如圖 1-1 所示。“西北航”由荷蘭西南部鹿特丹港市開始，穿過加拿大北極群島的水域，最終到達美國的舊金市；“東北航道”，也被稱為北方航道，指的是由鹿特丹港口城市開始，通過西伯利，北冰洋和白令海峽抵達日本橫濱[6]�！拔鞅焙降馈毕鄬τ诤猛呛骄�航程縮短近0%[7]，然“東北航道”相比于現(xiàn)在的航線航程縮短了 30%-40%，航行時間平均縮短 8，最多縮短時間為 21 天，大大節(jié)約了航行成本，所以越來越多的大型冰區(qū)航行船舶開航行于北極航道[8]。

圖 1-2 冰區(qū)航行模擬器系統(tǒng)架構(gòu)版的 DNV GL 文件認證中，參考《STCW78/95 公約》B-V/g 節(jié)中的船舶進行船長和高級船員培訓(xùn)的指導(dǎo)意見，對冰區(qū)航行模擬器為真實感和環(huán)境真實感三個方向?qū)φJ證標準進行了補充。補充內(nèi)容表 1-1 DNV GL 對冰區(qū)航行模擬器認證標準的補充功能感1、用于速度和距離測量的兩種裝置。依據(jù)不同的工作原理，的分工不同，至少有一個裝置應(yīng)能在海洋和地面模式下穩(wěn)定2、探照燈可在控制臺上進行控制。3、手動操作可以從船尾看見的閃爍紅燈，用來指示船舶何時4、VDR(Voyage Date Recorder，航行數(shù)據(jù)記錄儀)或在教練站船舶歷史軌跡和船員操作日志。5、能夠接收海冰、冰區(qū)警告和天氣信息的海圖設(shè)備。6、錨泊和拖曳操作裝置。1、本船模型應(yīng)真實模擬與實心冰緣作用下的流體動力學(xué)運動

集美大學(xué)碩士學(xué)位論文 冰區(qū)航行模擬器三維視景系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究面取得了顯著成果。一些相關(guān)研究成果被英國的船商公司（Transas Marine）、挪威的康斯 伯 格 海 事 （ Kongsberg Maritime ） 、 芬 蘭 的 阿 克 北 極 科 技 公 司 （ Aker ArcticTechnology）等公司進行商業(yè)化并加入到新型的冰區(qū)航行模擬器中，航海和海事領(lǐng)域以及海員培訓(xùn)評估的科學(xué)研究得到了極大的促進。在國內(nèi)，冰區(qū)視景仿真方面起步較晚，且主要研究方向集中在海冰的數(shù)值模擬分析、海冰物理特性、冰載荷對結(jié)構(gòu)體的作用力分析及結(jié)構(gòu)體研究方面，關(guān)于冰區(qū)航行視景的研究比較少，目前主要有大連海事大學(xué)在冰區(qū)航行模擬器方面進行研究。由于國內(nèi)相關(guān)研究內(nèi)容較少，國外研究成果中的大部分相關(guān)視景算法很難在公開的文獻中查閱到，本文在現(xiàn)有的冰區(qū)航行模擬器視景基礎(chǔ)上做進一步的研究完善。圖 1-3 為挪威科技大學(xué)海洋工程研究組和大連海事大學(xué)冰區(qū)航行模擬器中冰區(qū)視景。圖 1-4 為現(xiàn)實情況中的冰區(qū)航行視景。
【相似文獻】

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1 徐海軍;劉勇;李強;;加拿大卡捷港及冰區(qū)航行注意事項[J];中國海事;2018年02期

2 張寶新;;冰區(qū)航行及安全對策[J];航海;2018年02期

3 金言;胡嘉駿;劉俊杰;;冰區(qū)航行船層冰作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2017年11期

4 劉大勇;;船舶冰區(qū)航行安全分析[J];航海技術(shù);2016年04期

5 王石巖;;冰區(qū)航行[J];航海技術(shù);2008年01期

6 黃永華;;也談冰區(qū)航行——冬季加拿大圣勞倫斯河之行[J];航海技術(shù);2007年02期

7 宋汝濤;渤海水域冬季冰區(qū)航行安全措施[J];航海技術(shù);2005年06期

8 李文平;冰區(qū)航行需注意的幾個問題[J];航海技術(shù);2003年06期

9 徐子春;冰區(qū)航行[J];天津航海;2002年04期

10 潘浩;冰區(qū)航行[J];航海技術(shù);1998年01期

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1 樊航;冰區(qū)航行模擬器三維視景系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];集美大學(xué);2019年

2 王博;考慮船—冰相互干擾的冰區(qū)航行艦船冰載荷計算方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

3 李健;冰區(qū)航行船舶推進軸系扭轉(zhuǎn)振動分析與研究[D];武漢理工大學(xué);2016年

4 孫鳴遠;冰區(qū)航行船舶在冰載荷作用下的局部結(jié)構(gòu)強度分析研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2015年

5 文靜;船舶冰區(qū)航行安全綜合評估[D];大連海事大學(xué);2015年

6 呂寶剛;北極航行的環(huán)境因素及冰區(qū)航行安全措施研究[D];大連海事大學(xué);2012年

7 李夏炎;冰區(qū)航行船舶阻力性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

8 楊富茗;80000DWT散貨船冰區(qū)航行有限元強度分析[D];大連海事大學(xué);2012年

9 金言;冰區(qū)航行船舶層冰作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)[D];中國艦船研究院;2017年

10 孫文林;冰區(qū)航行船舶螺旋槳強度研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

本文編號：2850736