随着全球化进程的不断加快，船舶作为大宗商品贸易中不可或缺的运输工具，正在向着大型化、高速化和智能化的趋势发展。船舶在海航运行时，波浪作用会导致船舶推进效率降低，操纵性能变差，甚至会对船舶的航行安全产生威胁，这对船舶的操纵性能提出了更高的要求。此外，为了提高航运的能源效率和减少温室气体排放，国际海事组织(IMO)提出能源效率设计指数(EEDI)的要求，如果通过减小船舶主机功率达到这一要求，可能会导致船舶在恶劣海况下缺乏足够的推进和操纵性能，引发重大安全问题。
　　本文在上述背景下，首先对船舶在静水和波浪中的操纵运动开展了数值模拟研究。介绍了操纵性数学模型以及静水和波浪中操纵的研究进展和现状，针对肥大型船舶的操纵性研究，以典型的KVLCC2油船作为对象，采用MMG标准操纵性模型，以CFD方法进行了拘束模型试验(斜拖试验、圆周运动试验和舵角试验)的仿真模拟，计算出船舶的纵向、横向和首向水动力(矩)以及舵的正压力，由不同漂角和转首角速度条件下的船体受力通过多项式拟合的方法，计算得到MMG标准模型中的船体粘性水动力导数，所有线性导数和部分非线性导数和试验结果比较接近，然而有少数非线性水动力导数相差较大，甚至出现正负号差异。并由舵角试验的船体力(矩)和舵力之间的关系求出表示船舵之间干扰的水动力系数。
　　以CFD计算得到的水动力系数为基础，使用Fortran语言对MMG标准操纵运动方程进行编程，采用四阶龙格-库塔法求解运动微分方程，对船舶在静水中的回转和Z形操纵运动进行了仿真模拟。船舶回转运动轨迹、Z形运动的舵角和首向角变化均与文献中的自航模型试验结果吻合良好，说明基于CFD方法进行船舶操纵性能的预报研究具有较高的准确性。根据仿真结果研究了回转运动的纵距、战术直径和Z形运动的第一、第二超越角等操纵性指标对船体水动力导数以及螺旋桨和舵相关的水动力系数的敏感性。纵向阻力系数(Xuu)、横向和首向线性水动力导数(Yv、Yr、Nv、Nr)的影响远大于其他非线性导数。AD和DT均随着螺旋桨推力减额分数tP增大而减小，随伴流分数wP0增大而增大，且tP和wP0在高航速状态下的敏感性更高。AD和DT均随着舵力减额分数tR和整流系数γR的增大而减小，在大舵角回转时tR的敏感性较高，而整流系数γR则在小舵角时更加敏感。
　　研究船舶在规则波和不规则波中的操纵运动，采用基于势流源偶混合分布的泰勒展开边界元方法(TEBEM)，计算船舶以不同航速在不同浪向和频率的规则波中航行时所受到的平均波漂力。在MMG方程右端项中添加波浪荷载FW，根据船舶运动过程中航速、遭遇浪向和遭遇频率的变化，对波漂力进行实时插值，以求解船舶在波浪环境中的操纵运动。其中不规则波中的情况除了给定海况信息以及波浪传播方向外，将瞬时平衡位置之间的时间差和波面高度，近似看作规则波的半周期和波高，作为波漂力插值的依据。数值模拟了规则和不规则波中的回转运动，研究了不同航速和海况下的船舶运动轨迹，并与文献中发表的自航模型试验数据作了对比，结果表明目前的方法具有一定的准确度，作为一种实用方法可以快速对船舶在波浪中的操纵性能进行评估。