為提高30萬(wàn)噸級(jí)大型船舶非線性Norrbin模型的精度,本文在不改變Norrbin辨識(shí)的非線性力（矩）公式的基礎(chǔ)上,將與轉(zhuǎn)首角速度r和轉(zhuǎn)首角加速度有關(guān)的4個(gè)流體動(dòng)力導(dǎo)數(shù)均放大1.4倍。運(yùn)用融入旋回速降與舵機(jī)伺服系統(tǒng)的VB與Matlab混合編程的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)反復(fù)測(cè)試,改進(jìn)的Norrbin模型旋回試驗(yàn)與實(shí)船相比精度為93.6%,比改進(jìn)前提升了17.6%,比MMG模型提升了1.3%;Z形試驗(yàn)精度為84.8%,與MMG模型精度相當(dāng),但圖形相位符合度更好。將改進(jìn)的Norrbin模型應(yīng)用到30萬(wàn)噸級(jí)不同船型的船舶旋回預(yù)報(bào)上,驗(yàn)證其泛化性能,仿真表明具有85.1%的精度,優(yōu)于原Norrbin模型73.4%的精度。改進(jìn)的Norrbin模型保留了原Norrbin模型所需船舶參數(shù)少、物理意義明顯的優(yōu)點(diǎn),且精度得到提高、泛化性能較好。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(19)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

海流干擾示意圖Fig.1Diagramoftheoceancurrentdisturbance

圖2所示為速降系數(shù)的擬合情況，易知式（9）擬合效果良好。圖2旋回速降擬合Fig.2Curvefittingofthespeedlossinshipturningtrial2.235°右旋回試驗(yàn)TrTr首先運(yùn)用原Norrbin模型進(jìn)行無(wú)風(fēng)流影響下的船舶旋回仿真實(shí)驗(yàn)。KVLCC2號(hào)油船滿載時(shí)的主要船型參數(shù)[7]如表3所示�？紤]到舵機(jī)伺服系統(tǒng)的特性，將其等效為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為，通常取7～14s，本文取=8s，則舵機(jī)伺服模型為：˙δ=1Trδ+1Trδr。(10)δr式中，為指令舵角。表3船舶滿載時(shí)主要船型參數(shù)Tab.3Mainparticularsofshipsinfullloadedcondition類別KVLCC2STELLARTOPAZ垂線間長(zhǎng)L/m320.00318.00船寬B/m58.0058.04平均吃水d/m20.8022.22排水體積/m3312600.00331285.50重心坐標(biāo)Xc/m11.200.00方形系數(shù)Cb0.810.81舵葉面積AR/m2112.26126.80初始船速V0/kn15.8014.40r˙rr˙rY˙r,Yr,N˙r,Nr式（3）中無(wú)量綱橫流系數(shù)C取0.5，圖3給出了原Norrbin模型仿真，及按照第1節(jié)中Norrbin模型改進(jìn)策略所做的仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)船試驗(yàn)的旋回圈對(duì)比，易知原Norrbin模型仿真的旋回圈圖形符合度較低，對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō)精度有所欠缺；將與轉(zhuǎn)首角速度和轉(zhuǎn)首角加速度有關(guān)的流體動(dòng)力導(dǎo)數(shù)分別放大1.3，1.4，1.5倍后，其旋回圈橫縱尺度均變大，更貼近于實(shí)船試驗(yàn)。由于放大1.4倍后的旋回圈曲線介于放大1.3倍與1.5倍之間，與實(shí)船旋回圈圖形符合度較好，故選取將與，有關(guān)的流體動(dòng)力導(dǎo)數(shù)均放大1.4倍為最終改進(jìn)方案。圖3KVLCC2號(hào)油船旋回試驗(yàn)對(duì)比Fig.3Turningtestcompar

vrˉC′M20°/20°Z形試驗(yàn)仿真，因Z形試驗(yàn)時(shí)船舶降速較少，故此處不考慮船舶速降問(wèn)題。實(shí)船數(shù)據(jù)與MMG模型仿真數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[7–8]。圖6和圖7為Z形試驗(yàn)的仿真圖，同時(shí)給出了船舶平面位置、橫漂速度和轉(zhuǎn)艏角速度的歷時(shí)曲線，揭示了Z形試驗(yàn)中一些船舶參量的變化機(jī)理。在船舶由一側(cè)舵角最大值轉(zhuǎn)向另一側(cè)的瞬間，和同時(shí)達(dá)到該階段的極值，且船舶偏離原始位置的最大橫向距離時(shí)刻相應(yīng)地晚于第一、第二超越角出現(xiàn)的時(shí)刻。表5為2次Z形試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的超越角數(shù)值。仿照式（11）定義Z形試驗(yàn)的平均符合度，表4KVLCC2號(hào)油船滿載35°右旋回試驗(yàn)參數(shù)Tab.4Parametersoftherightturningtestwith35°forthetankerKVLCC2infullloadedcondition類別原Norrbin模型仿真MMG模型仿真改進(jìn)的Norrbin模型仿真實(shí)船試驗(yàn)無(wú)因次進(jìn)距Ad/L2.943.303.523.62無(wú)因次橫距Tr/L1.602.002.102.10無(wú)因次旋回初徑DT/L2.813.353.483.71無(wú)因次旋回直徑D/L1.962.552.302.76ˉCM平均符合度/%76.092.393.6圖4改進(jìn)的Norrbin模型旋回仿真Fig.4TurningsimulationoftheimprovedNorrbinmodel圖5旋回特征參數(shù)柱狀對(duì)比圖Fig.5Columnardiagramoftheshipturningcharacteristics第42卷?xiàng)罟馄�，等�?0萬(wàn)噸級(jí)船舶的非線性Norrbin模型改進(jìn)·39·

【參考文獻(xiàn)】：
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