涌浪作为海浪的一种表现形式,是严重的海洋自然灾害,其形成机制、运动形态及传播过程极其复杂,对钻井平台作业、近岸建筑物、海上船舶航行等造成严重影响。拖轮是重要的港口设备,为了探究涌浪对拖轮自航和顶推效率的影响,预报拖轮在涌浪中的运动状态,保证港口拖轮顶推作业安全。本文通过对涌浪的几何特征进行分析建模,预报了其对拖轮自航及顶推作业的影响。首先,综合分析了涌浪的基本几何特性,总结了涌浪模拟和预报的各种方法及其优缺点、适用条件。采用快速傅里叶变换法反演文圣常涌浪谱,实现了近岸涌浪的实时模拟。基于分离数学模型思想,利用获得的涌浪波幅、波长,计算了拖轮自航及顶推大船作业时受到的涌浪干扰力及力矩;采用橡胶护舷反弹力的非线性模型和轴向包围盒碰撞检测算法,建立了涌浪干扰下拖轮顶推作业四自由度数学模型和拖轮自航六自由度数学模型。为了计算船舶波浪增阻以及顶推拖轮失速情况,利用高阶多项式回归了拖轮失速非线性曲线,采用何惠明提出的船舶波阻增值经验公式,最后得到了拖轮对被拖船的实际顶推效率。最后,利用Visual Studio 2013搭建了拖轮模拟器离线测试仿真平台,对涌浪干扰下拖轮顶推作业四自由度数学模型和拖轮自航六自由度数学模型进行了仿真,分析了涌浪环境下港口拖轮实际作业效率情况。仿真结果表明,所建模型符合受涌浪影响的拖轮自航运动和顶推作业规律,能够说明涌浪干扰模型的正确性、合理性,为港口码头拖轮功率合理配备,优化拖轮调度,合理利用港口拖轮资源提供理论依据。