5失控船拖带系统建模与航迹带模拟研究徐言民1荣祥斌2刘明俊1(1武汉理工大学航运学院，湖北武汉430063；2中海国际船舶管理有限公司，上海200090）摘要：基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三维动力学运动方程,建立了“拖轮-拖缆-失控船”船舶拖带系统动力学模型,采用数值计算法实现了拖带运动的模拟。拖轮操纵运动模型采用MMG模型，为提高拖带系统建模精度，建模过程中引入了风、浪、流干扰子模块，并采用由试验数据建立的经验公式处理风、浪、流对船舶拖带系统的影响。共分析了无风、浪、流影响，风、浪、流单独影响，风、浪、流联合作用等5种影响状态，并分别进行了模拟计算。模拟结果表明：风对被拖船航迹带的影响相对较小，但拖带系统的漂移较大；流对被拖船航迹带的影响比风的影响大，但相比之下拖带系统漂移较小；波浪对被拖船航迹带的影响最大，航迹带宽约等于被拖船的船长。关键词：水路运输；拖带；航迹带；操纵性；风致漂移；流致漂移；二阶波浪漂移中图分类号：U661.3文献标识码：AModelingofTugTowingDisabledShipSystemandSimulationofTrajectoryXUYan-min1RONGXiang-bin2LIUMing-jun1（1NavigationCollege,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan:430063）（2ChinaShippingInternationalShipManagementCO.,Ltd,Shanghai:200090）ABSTRACT:Basedontheoryofmanoeuvrabilityand3-demansionaldynamicsmodeloftowingline,numericalsimulationandmodelexperimentareadoptedtostudythedynamicalbehaviourofatowingdisabledshipsystemconsistingofatugcoupledtoatowthroughatowline.TheMMGmanoeuvringmodelisusedastodevelopmodeloftowingsystem.Toimproveaccuracyofsimulation,effectsofwind,currentandsecondordermeanwavedriftforcesareincludedinmathematicalmodel.Simulationshowsthatthetrajectoryoftowingsystemwillbechangedduetodifferentenvironmentconditions.Windwillresultinlargeexcursion.Comparedwithwindeffect,currenteffecthasbiggerinfluenceonmagnitudeandsmallerinfluenceonexcursion.Waveeffectismostserious.ThewidthoftrajectoryoftowingsysteminfluencedbywaveequalstoLOAoftowedshipapproximately.Keywords:tugtowing;trajectory;maneuverability;currenteffects;windeffects;secondordermeanwavedrift1基金项目：国家自然科学基金资助（50779033）徐言民(1976-)，男，江苏徐州人，博士研究生，讲师，限制水域通航环境与水域安全研究，ymxu@whut.edu.cn引言根据日本对海难事故的调查统计，需要救助的遇难船舶日益增多，因海难事故无法航行的船舶，若在原地放置不仅妨碍其它船舶安全航行,甚至会引起新的海难事故,或因原油流溢造成污染等社会问题,因此需要尽快将失控船拖至安全地带。船舶拖带研究可以追溯到Strandhangen(1950)[1]对被拖带船进行的航行稳定性研究。随后大量的理论研究成果和实验研究成果相继被公布，船舶拖带研究在理论和实验研究方面都得到了长足的发展。理论研究方面,Strandhangen(1950),Abkowitz(1972)[2],Eda(1972)[3]运用线性时变船舶运动模型对被拖带船的稳定性进行了分析。Bernitsds(1985)[4],Krikells(1986)[5]则提出了船舶拖带的非线性系统模型。实验研究方面，Varyani(2004a,2005b,2006c)[6~8]对大型失控油船的拖带进行了理论建模和实验对比研究。近年来，我国学者对拖带系统也进行了系列研究[9-11]，并取得了系列成果。尽管船舶拖带在理论与实验方面得到了深入研究，但在环境因素影响下拖带系统的轨迹以及航迹带宽等方面的研究并不多。尤其是在限制水域，失控船舶拖带系统航迹带的尺度将直接影响通航环境，并威胁到水域安全，因此建立环境变量影响下的失控船舶拖带系统模型，并对被失控船拖带系统航迹带进行模拟，对限制水域通航安全保障必将起到积极的保障作用。鉴于此，本文从失控船拖带系统建模入手，引入风、浪、流干扰模型，研究风、浪、流干扰作用下失控船拖带系统建模，并就被失控船拖带系统航迹进行模拟研究。1系统建模通常船舶操纵性研究多采用的坐标系如图1所示，为空间坐标系，为附体坐标系，下标0、1分别...