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水动力系数/导数是船舶操纵性和耐波性预报的重要参数，探讨高效、稳定、准确的水动力系数/导数测量方法对研究船舶操纵性和耐波性具有重要意义。约束模型试验是水动力系数/导数测量的重要试验方法，尽管经典的旋转臂机构和平面运动机构在过去几十年中已经被广泛应用于约束模型试验，但对于具有复杂运动的物理模型和耦合水动力系数/导数的测量，旋转臂机构和平面运动机构都有运动限制。本文以船舶约束模型试验方法为研究对象，在探讨不同的试验机构对约束模型试验方法测量水动力系数/导数的贡献以及它们的优缺点的基础上，提出一种“基于六自由度试验平台的新型船舶约束模型试验方法”。本文围绕着新型六自由度试验平台，具体研究内容如下：
提出一种新型的六自由度试验平台。该平台由控制系统、拖车、六自由度运动机构、六维力/力矩传感器和超声波测距仪组成，可带动船模进行六维可控运动。推导了试验平台绕任一设定工作原点进行期望运动的控制算法，建立了上平台的运动姿态到驱动腿的长度的映射，进而建立了六个驱动腿与船舶模型之间的位移、速度和加速度关系。为进一步简化计算，将矢量表达式解算为矩阵表达式，直接建立两个转换矩阵J1和J2，用以快速转化六个驱动腿与船模之间的位移、速度和加速度关系，提高了计算效率。六自由度运动机构和拖车可相对运动，能克服传统约束模型试验在直线拖曳运动中只能进行“小漂角”试验的不足，提高试验的范围和试验数据的精度。
提出利用新型试验机构测量三自由度运动方程下非耦合水动力系数的方法。根据船舶约束模型试验特征，选择Abokowitz整体式模型作为试验的船舶运动基础方程。通过对方程的分析，确定约束模型试验下船舶水动力系数/导数的求解原则，提出速度、加速度相关水动力系数/导数的求解方法。通过直线拖曳斜航运动、直线拖曳转舵运动、纯横荡、纯纵荡、纯艏摇和圆形运动拖曳试验测量三自由度运动方程下非耦合水动力系数。采用新型试验平台替代旋转臂水池进行回转运动。该平台用六自由度运动机构与拖车相结合实现了绕体外一点的回转运动，在保证角速度较小，时历足够的条件下，突破机构自身尺寸限制，提高了运动半径，解决了传统旋转臂水池试验建造成本高、占地大，花费较高的问题。在提出的非耦合水动力系数测量方案下，仅用一个试验平台就完成了以往需要多个平台才能完成的静态拖曳试验、动态试验、旋转试验和耦合运动试验的测试工作，具有集成度好、费用低、效率高的特点。
提出利用新型试验机构测量传统约束模型试验无法高效、准确测量的耦合水动力系数的新方法。通过三种新耦合试验方法，即定漂角圆形运动拖曳耦合试验、定舵角圆形运动拖曳耦合试验、漂角舵角耦合试验分别对船舶三自由度方程下的耦合水动力系数和导数进行了测量。该方法使得单种试验方法的方程中所包含的水动力系数/导数的个数少、解耦难度低、拟合的误差小。为提高试验数据精度，首先采用特征系数法和误差修正法分别对传统的离散傅里叶级数法和多项式直接插值拟合法进行改进；其次采用实时状态数据驱动模式提高试验平台的实时性；最后，基于水动力系数或导数静态非耦合试验结果的误差小于静态耦合试验，静态耦合试验结果的误差又小于动态试验误差的结果，采用静态试验修正的方法对动态试验及耦合试验的结果进行修正，提高了试验数据的精度。
通过新型试验平台对两型试验船进行约束模型试验，验证所提出新试验方法的有效性。
同时，本文在以下三个方面做出创新性研究：
(1)提出了一个基于六自由度试验平台实现约束模型试验测量水动力系数/导数的新方法。推导了试验平台绕任一设定工作原点进行期望运动的控制算法，使其带动船模进行六维可控运动。在一个试验平台完成了以往需要多个平台才能完成的静态拖曳试验、动态试验、旋转试验和耦合运动试验的测试工作，具有集成度好、费用低、效率高的特点。
(2)提出了一个采用三种新耦合运动试验方法实现船舶三自由度方程下的耦合水动力系数/导数的测量方法。在三自由度整体式方程下依据“耦合度最小”原则，采用定漂角圆形运动、定舵角圆形运动和漂角舵角耦合试验完成了船舶三自由度方程下传统机构难以测量的耦合水动力系数/导数，测量数据误差小于8%。
(3)提出了一种基于静态试验数据修正动态测试误差的数据处理方法，提高了水动力系数/导数的测量精度。通过试验结果对比，归纳了约束模型试验中，一般水动力系数或导数静态非耦合试验结果的误差小于静态耦合试验，而静态耦合试验结果的误差又小于动态试验误差的结论。将静态试验中部分精度较高的测试数据代入动态方程后再进行试验数据拟合，达到了对动态测试数据进行修正以降低动态试验数据误差的目的。
试验结果表明，通过本文提出的基于六自由度试验平台的新型船舶约束模型试验方法能准确测量船舶三自由度方程下的水动力系数/导数，试验结果满足工程实际需要，对船舶操纵性的研究具有参考价值。
提出一种新型的六自由度试验平台。该平台由控制系统、拖车、六自由度运动机构、六维力/力矩传感器和超声波测距仪组成，可带动船模进行六维可控运动。推导了试验平台绕任一设定工作原点进行期望运动的控制算法，建立了上平台的运动姿态到驱动腿的长度的映射，进而建立了六个驱动腿与船舶模型之间的位移、速度和加速度关系。为进一步简化计算，将矢量表达式解算为矩阵表达式，直接建立两个转换矩阵J1和J2，用以快速转化六个驱动腿与船模之间的位移、速度和加速度关系，提高了计算效率。六自由度运动机构和拖车可相对运动，能克服传统约束模型试验在直线拖曳运动中只能进行“小漂角”试验的不足，提高试验的范围和试验数据的精度。
提出利用新型试验机构测量三自由度运动方程下非耦合水动力系数的方法。根据船舶约束模型试验特征，选择Abokowitz整体式模型作为试验的船舶运动基础方程。通过对方程的分析，确定约束模型试验下船舶水动力系数/导数的求解原则，提出速度、加速度相关水动力系数/导数的求解方法。通过直线拖曳斜航运动、直线拖曳转舵运动、纯横荡、纯纵荡、纯艏摇和圆形运动拖曳试验测量三自由度运动方程下非耦合水动力系数。采用新型试验平台替代旋转臂水池进行回转运动。该平台用六自由度运动机构与拖车相结合实现了绕体外一点的回转运动，在保证角速度较小，时历足够的条件下，突破机构自身尺寸限制，提高了运动半径，解决了传统旋转臂水池试验建造成本高、占地大，花费较高的问题。在提出的非耦合水动力系数测量方案下，仅用一个试验平台就完成了以往需要多个平台才能完成的静态拖曳试验、动态试验、旋转试验和耦合运动试验的测试工作，具有集成度好、费用低、效率高的特点。
提出利用新型试验机构测量传统约束模型试验无法高效、准确测量的耦合水动力系数的新方法。通过三种新耦合试验方法，即定漂角圆形运动拖曳耦合试验、定舵角圆形运动拖曳耦合试验、漂角舵角耦合试验分别对船舶三自由度方程下的耦合水动力系数和导数进行了测量。该方法使得单种试验方法的方程中所包含的水动力系数/导数的个数少、解耦难度低、拟合的误差小。为提高试验数据精度，首先采用特征系数法和误差修正法分别对传统的离散傅里叶级数法和多项式直接插值拟合法进行改进；其次采用实时状态数据驱动模式提高试验平台的实时性；最后，基于水动力系数或导数静态非耦合试验结果的误差小于静态耦合试验，静态耦合试验结果的误差又小于动态试验误差的结果，采用静态试验修正的方法对动态试验及耦合试验的结果进行修正，提高了试验数据的精度。
通过新型试验平台对两型试验船进行约束模型试验，验证所提出新试验方法的有效性。
同时，本文在以下三个方面做出创新性研究：
(1)提出了一个基于六自由度试验平台实现约束模型试验测量水动力系数/导数的新方法。推导了试验平台绕任一设定工作原点进行期望运动的控制算法，使其带动船模进行六维可控运动。在一个试验平台完成了以往需要多个平台才能完成的静态拖曳试验、动态试验、旋转试验和耦合运动试验的测试工作，具有集成度好、费用低、效率高的特点。
(2)提出了一个采用三种新耦合运动试验方法实现船舶三自由度方程下的耦合水动力系数/导数的测量方法。在三自由度整体式方程下依据“耦合度最小”原则，采用定漂角圆形运动、定舵角圆形运动和漂角舵角耦合试验完成了船舶三自由度方程下传统机构难以测量的耦合水动力系数/导数，测量数据误差小于8%。
(3)提出了一种基于静态试验数据修正动态测试误差的数据处理方法，提高了水动力系数/导数的测量精度。通过试验结果对比，归纳了约束模型试验中，一般水动力系数或导数静态非耦合试验结果的误差小于静态耦合试验，而静态耦合试验结果的误差又小于动态试验误差的结论。将静态试验中部分精度较高的测试数据代入动态方程后再进行试验数据拟合，达到了对动态测试数据进行修正以降低动态试验数据误差的目的。
试验结果表明，通过本文提出的基于六自由度试验平台的新型船舶约束模型试验方法能准确测量船舶三自由度方程下的水动力系数/导数，试验结果满足工程实际需要，对船舶操纵性的研究具有参考价值。