船舶操纵性.ppt

哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院上述方程的形式虽然简单，但力的表达式却非常复杂，例如，螺旋桨的推力，舵力，船体水动力等，站在地面上的观察者和站在船上的观察者看到的不一致。哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院研究船舶操纵性的基本任务是研究在给定操舵规律δ(t)与推力（矩）的情况后，上述参数如ψ(t),β(t),r(t)等随时间的变化，这一问题只有通过受力分析，建立方程求解后才能得到。1.1.3漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）
考查：
（1）船体上同一空间点上β（t）的变化：
（2）在同一时刻沿船长各点上β（x）的变化：∵

∴根据船的运动特点：平动加转动，所以在同一瞬时，各点上的速度的大小和方向均是不同的，那么各点上的漂角就不同。由质点运动定理,对重心G有:对任一点A有:
一般地，船的回转半径大约为船长的3～4倍，所以∠AOG较小。结论：在重心之前，x＞０，所以A＜G。对于图上的Ｐ点，其Vp与ｘ轴同向，故漂角A＝０，称Ｐ为“枢心”。从枢心再向前，漂角变为负值。
在重心之后，ｘ＜０，所以A＞G。越靠船尾，漂角越大，船尾处最大。
摇首角速度与重心处的航速之比越大，各点处的漂角的差别就越大。本部分的重要概念和必须理解的主要问题
一、船舶操纵性中坐标系的选取及理由
二、船在水平面内运动情况的分析
三、漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）
习题：①．分析操舵后船的运动特点。
②．分析漂角的变化特点。哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院若考虑横倾，则有需补充横摇方程，即：以上公式中的各参数均是相对于原点在重心的坐标系的。若水动力试验时所测得的参数是对于船舯的，则力矩需要进行转换，将试验测得的对船舯的力矩转换为对重心G的力矩：特别是，当坐标原点不在重心处，而是在船舯处，则令重心的坐标为xG，有§１－２船舶运动方程式相对于重心的方程其中：整理后得：哈尔滨工程大学船舶工程学院分析作用在船上的力：假定：
1、不考虑风浪的作用的平静水面，有：
2、不考虑缆的作用，有：
3、采用分离型方程。即将船体与桨、舵单独考虑，有：
为了简化研究，将船体作用力分为两部分：一、惯性类水动力
假定：1）船体前后对称，即对称于中横剖面。
2）重叠船体对称于水线面（即船有三个对称面）。
3)无界流体（无边界与自由表面的影响）
从流体力学知，满足上述条件的物体在运动时，其周围流体所具有的动能为：由于流体的动量、动量矩和动能的关系是根据惯性力和力矩公式：则船体所受到的惯性类水动力为：整理上式：则所求惯性力、矩为：一般的船体对中横剖面是不对称的，所以惯性类水动力应该考虑船体前后的不对称性，即应该加入λ26和λ62项，其中λ26是由于船在绕Gz轴转动时，在横向引起的附加质量静矩；而λ62是由于船在横向运动时，引起的绕Gz轴的附加质量静矩，从流体力学知道λ26=λ62。则水平面运动的惯性水动力可以写为：由于关于附加质量系数的进一步说明：任一形状的物体在理想流体中作非定常运动时，其所受到的水动力与加速度正比，比例系数为附加质量系数，共有36个：例：对于球体：本部分必须掌握的问题
一、作用在在船上的水动力是如何划分的？
二、惯性水动力如何推导？
假定：无限深广的平静水域，无浪、无流。则作用在一艘确定的船（船型已定）上的粘性水动力只与船的运动状态有关，并可采用三种形式来表达：对于水平面运动，可将表达式3分解为：为了求出粘性水动力的具体表达式，选择等速直航运动状态为初始状态，，作为展开点，当船受到扰动后，上述参数的变化为：其中，为无扰动时的受力。由船的左右对称特征，可知：国际水池水动力导数标准符号为了进行比较，需将水动力导数无因次化，取船长L为特征长度，重心处的航速为特征速度。则无因次的粘性力及力矩的线性表达式为：非线性的粘性水动力展开式：
按照泰勒级数展开的原理，并考虑水动力的奇偶性，可以得到：

其中：需注意的问题：
①线性化的几何意义：
②线性化只有在船的运动偏离匀速直线运动不大的情况下才是正确的。此时等运动参数均为小量，它们的高阶项均是高阶小量。但是对于强机动情形，上述假定已不满足，需要考虑非线性项的影响。
§１－4作用在船上的粘性类水动力线性水动力导数的意义：
以为例：

水动力导数的种类：
①线速度导数：水动力或力矩分量对Ox轴和Oy轴方向线速度分量的偏导数,如。其中关于v的导数是由于有漂角的存在产生的，故又称为“位置导数”。
②角速度导数：水动力