船舶操纵性_章 1.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???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