yxShip6DOF:框架铺好地基,插件只填“水动力”

船在水里开，不是“点一下就走”那么简单：它前后左右上下都能动，还会左右倾、前后倾、原地打转。这些运动合起来叫六自由度。在 yxAFSim 里，mover 是挂在平台上的组件，负责推进平台的位置、姿态、速度——框架把组件生命周期、导航命令、类型表、环境门面全铺好了，yxShip6DOF 只需把“水动力”这块物理填进去。

一、六自由度：船到底怎么动

船的运动拆成六个自由度——三个平移（纵荡 surge 前后、横荡 sway 左右、垂荡 heave 上下）+ 三个转动（横摇 roll 左右倾、纵摇 pitch 前后倾、艏摇 yaw 转向）。为什么要拆开？因为操纵一艘船，本质就是同时控制这六个量的演化：舵管艏摇，螺旋桨管纵荡，浮力/重力管垂荡与横纵摇。

图 1 · 船舶六自由度：三个平移 + 三个转动（SNAME 符号 u/v/w/p/q/r）。

二、框架给了什么，插件只补什么

yxShip6DOF 继承 WsfMover 基类。下面这张表是框架“白送”的能力，插件一行都不用重写：

三、怎么用：一段完整的水动力配置

插件真正要写的只有两件事：覆写 TurnToHeading / GoToSpeed 两个导航接口，以及填一张水动力系数表。系数表直接在 mover 块里配，换一型船 = 换一张表，不改代码：

mover  ship1  YX_SHIP_6DOF_MOVER

   mass              8000000.0        # 质量 kg

   inertia           1.0e9  1.0e10  1.0e10   # Ixx Iyy Izz kg·m²

   displacement      7800.0           # 排水体积 m³（→浮力 B=ρg∇）

   waterplane_area   2500.0           # 水线面面积 m²（垂荡恢复弹簧）

   metacentric_height 1.2  120.0      # 横稳心高 / 纵稳心高 m（稳性）

   max_thrust        2000000.0        # 最大推力 N

   linear_damping    1.0e4 1.0e5 2.0e5 1.0e7 1.0e8 1.0e8   # 对角线性阻尼

   quadratic_damping 5.0e3 5.0e4 1.0e5 1.0e6 1.0e7 1.0e7   # 对角二次阻尼

   added_mass        <36 个值，6×6 行主序>     # 附加质量 M_A

   rudder            30.0  40.0  1.0   # 舵面积 m² / 力臂 m / 有效性

   wind_area         1200.0           # 水线以上受风面积 m²

   throttle          0.5              # 初始油门 0-1

   reference_speed   15.0             # 参考速度 m/s（满油门对应速度）

   heading_hold_gain      2.0         # 航向保持 P

   heading_hold_damping   1.0         # 航向保持 D

   heading_hold_integral  0.1         # 航向保持 I

end_mover

四、插件补的物理内核：Fossen 六自由度

物理内核是海洋工程标准形式（SNAME 1950 / Fossen）：

(M_RB + M_A)·ν̇ + C_RB(ν)·ν + C_A(ν)·ν + D(ν)·ν + g(η) = τ

附加质量 M_A——船一动，拖着一团水

船加速或减速时，会带动周围一大团水跟着动，这团水的惯性等效成“额外质量”，让船显得更“重”、更难加减速、更难转向。这是水面/水下航行器与飞机最本质的差别之一——空气稀薄，飞机几乎不用考虑它。

阻尼 D(ν)——水吃掉你的能量

水是黏的，还会被兴波带走能量。模型用线性 + 二次阻尼叠加（D_lin·ν + D_quad·ν|ν|）刻画：低速近似线性，高速下湍流/兴波让阻力按速度平方涨。真实世界里横摇阻尼还高度非线性，工程上常折成等效线性系数。

恢复力 g(η)——浮力把船“扶正”

浮力 B = ρ·g·排水体积，与重力 W 的差产生垂荡；横稳心高 GMt、纵稳心高 GMl 决定船倾斜后“回正”的刚度（稳性）；水面船还多一个水线面面积带来的垂荡恢复弹簧——船沉一点，排水多一点，就被顶回来。这正是“船为什么不会翻、为什么能在浪里稳住”的物理来源。

五、逐帧计算流程：一帧里发生了什么

每个仿真步，Update 都走一遍下面的流程：

① 查环境：从 yxNaturalEnvironment 门面取洋流、风、水温/盐度（算密度）、海况，注入物理实例；② 算力 F：螺旋桨推力 + 舵力矩 − 线性/二次阻尼 − 浮力/重力恢复 − 科氏/向心 + 风载荷 − 波浪阻力；③ 解加速度 ν̇ = (M_RB+M_A)⁻¹·F，一阶欧拉积分出新速度；④ 体轴速度经 J(η) 旋转成 NED 速度，再叠加上洋流漂移（对地速度 = 对水速度 + 洋流）；⑤ 积分位置/姿态；⑥ 写回平台 SetLocationLLA / SetOrientationNED / SetVelocityNED。

六、自然环境数据怎么参与

图 2 · 美国海军阿利·伯克级驱逐舰（USS Jason Dunham DDG-109）。来源：美国海军 / DVIDS（公有领域）。

七、结语

船舶操纵性研究的是“船能否按驾驶者意图保持或改变运动状态”，而它的全部答案都藏在这张水动力系数表里——附加质量、阻尼、浮力、稳心、舵、螺旋桨。把船接进 yxAFSim，真正的工作量不在“怎么让船动”，而在“水动力系数对不对”，以及把这些系数和洋流、风、温盐、海况一起交给框架去算。