本课题以救助船操纵模拟器的开发应用为背景,围绕其核心内涵——船舶运动数学模型的建立和解算展开研究。首先建立船舶水面三自由度操纵运动模型;其次利用商业CFD软件Fluent对模型中的水动力系数进行了数值计算;最后运用Matlab编制m文件实现模型的数值求解及运动仿真,并就其结果进行比对分析。在水平面运动模型方面,运用整体型方法进行流体动力建模,利用泰勒公式将船舶所受的流体动力进行一阶线性展开,对其受力进行简化,一并考虑船、桨、舵的流体动力及相互间的干扰,用水动力系数表示。之后又推导了反映船舶转艏角速度与舵角之间关系的操纵响应型模型。在水动力系数解算方面,借鉴了平面运动机构试验法(PMM)。首先,通过简单几何体的附加质量计算验证了计算方法的正确性;随后,计算了 "育鲲"轮在静水条件下,涉及水面三自由度运动的8项水动力系数,并对影响计算结果的因素进行了深入的分析。为达到模拟船舶运动的目的,通过Matlab编制m文件,运用Runge-Kutta积分法分别数值求解两种模型。针对模型的仿真结果,与"育鲲"轮的试验数据作对比分析,回转直径与转首角速度等指标趋于一致,结果表明:本文建立的运动数学模型能够对船舶的航行轨迹进行预报和模拟;基于CFD数值计算的水动力系数相较于传统的计算方法,具有准确便捷等优越性,对于船舶运动仿真有良好的适应性。