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摘要：为了提高航海模拟器的行为真实感，使用混合Green函数法构建船舶运动数学模型，对船舶垂荡运动和纵摇运动进行求解；基于已有Rankine源数学模型，通过人为引入虚拟控制面将计算域分为内外域两部分，内域使用Rankine源法，外域使用Green函数法，构建混合Green函数三维时域线性数学模型并对船舶运动的波浪力进行求解，对Wigley I型船不同方法的仿真结果进行分析；为进一步考虑非线性因素对船舶航行的影响，基于四叉树法对船体网格进行动态生成，对船舶运动的傅汝德-克雷洛夫（Froude-Krylov，F-K）力和静恢复力进行求解，对Wigley I型船不同的波长船长比和不同方法的仿真结果进行了可行性分析。分析结果表明：本文线性数学模型计算效率远高于Rankine源法，垂荡仿真结果与试验结果误差为10.86%，纵摇仿真结果与试验结果误差为14.28%；而当非线性数学模型波长船长比为1.25时，本文计算所得的垂荡F-K力幅值结果、纵摇F-K力幅值结果与Green函数非线性时域计算所得的计算结果相差均较小，误差都在5.00%以内，与三维线性时域相比误差较大，误差在30.00%以内；当非线性数学模型波长船长比为2时，本文计算所得的垂荡F-K力幅值结果、纵摇F-K力幅值结果与Green函数非线性时域计算所得的计算结果相差均较小，其误差都在3.00%以内，与三维线性时域相比误差较大，误差在20.00%以内；由于非线性方法需要在瞬时湿表面上计算，而线性方法在平均湿表面上计算，导致垂荡F-K力计算结果相差较大；与试验结果对比，本文的垂荡幅值响应因子和三维线性时域方法均和试验结果误差不大，误差均在20.00%以内，相对于纵摇幅值响应因子，波长船长比为1.75时存在共振现象两种方法误差均较大，波长船长比不等于1.75时本文方法误差明显小于三维时域方法误差；建立的三维时域非线性数学模型可以应用在航海模拟器上，可用于航海动态仿真数值分析。
文章目录
0 引 言
1 基础理论
1.1 坐标系
1.2 辐射问题与绕射问题求解
1.2.1 边界条件
1.2.2 作用力求解
1.3 F-K力与静恢复力求解
1.3.1 四叉树法
1.3.2 作用力求解
2 船舶垂荡纵摇运动方程
3 结果分析
3.1 混合Green函数模型验证
3. 2 混合Green函数非线性模型验证
3.3 参数敏感性分析
4 结论
