2018-08作用于船体的水动力的估算

船舶操纵与摇摆.25.
船舶操纵与摇摆.26.
第8章 作用于船体的水动力的估算
代入面元法程序得，可得机器人主体部分平动时的附加质量。
2.附体部分的附加质量：
1)前水平翼：（左右各一个）
2)后水平翼：（左右各一个） 3)后垂直翼：（上下各一个） 4)推进器及其它一些附件。因尺度较小且形状复杂，很难 精确地算出附加质量，这里略去它们对整体的影响。 综上所述，将它们叠加起来即可算出机器人在无 界水域中运动（仅平动）的附加质量 。
2 L

2
(v xr ) v xr x T ( x) CD ( x) dx
2
T ( x) 为吃水， CD ( x) 为各切片上的横向阻力系数。
船舶操纵与摇摆.8.
第8章 作用于船体的水动力的估算
索波列夫公式：
CD
1.3
船中
B 0.25 d
斯米特公式：
B C D 1.89 0.41 d
11 0 22 a
2
a x
1 4 66 a 8
y
船舶操纵与摇摆.22.
第8章 作用于船体的水动力的估算
椭圆、平板的附加质量公式可用来近似估 算舵、托架和舭龙骨等附体的附加质量。但于 船体的附加及两相比较，附体的附加质量较小， 在操纵性计算中一般常略去
船舶操纵与摇摆.23.
ij
0.3708
-0.1394 0.4877
0.7783
-0.2866 0.0989
0.0252
-0.0045 0.0040
-0.0045
0.0274 -0.0032
0.0040
-0.0032 0.0349
船舶操纵与摇摆.24.
第8章 作用于船体的水动力的估算
机器人在无界水域中的附加质量 1.主体部分的附加质量： 小机器人采用Gambit 2.0 建模，并根据实际情 况，做一些简化，省去了水平翼、垂直翼、推力 器等一些部件，简化后的模型网格如下图所示。 在其表面不等距地划分了1158个网格，中部曲率 变化缓慢，网格分得较疏，而在首尾部，曲率变 化大的地方，分得较密。
22
1 L /L [33 76.85CB (1 0.784CB ) 3.43 (1 0.63CB )] m 100 B
船舶操纵与摇摆.14.
第8章 作用于船体的水动力的估算
二、理论计算方法 目前，理论计算方法主要用于利用理想流体理论计算物
体的附加质量等水动力导数，对于与粘性有关的水动力导数
1
1
2125.0
2
1.3318
3
-2.5364
4
0.3927
5
-0.2978
6
-0.7805
2
3
1.3047
-2.5049
2127.1
-2.3584
-2.3677
2119.0
0.3662
0.7855
-0.1397
-0.29040
0.4906
0.1009
4
5 6
0.0381
-0.3017 -0.7745
还没有较好的理论计算方法。
1、简单几何形体的附加质量
（1）椭球 兰伯用势流理论导出了长轴为2a，短轴为2b和2c的椭球 的附加质量和附加转动惯量：
11, 22 , 66
船舶操纵与摇摆.15.
船舶操纵与摇摆.16.
第8章 作用于船体的水动力的估算
兰伯将船体看成是三轴为 L,B,2d 的椭球，并结果整 理成曲线，其中：
船舶操纵与摇摆.7.
第8章 作用于船体的水动力的估算
2、估算非线性水动力导数的经验公式 基于流体力学的横流理论或牛顿阻力理论，横向力和力矩
与横向速度的平方成正比，即：
YNL
N NL
其中：

L
L
2 L

2
(v xr ) v xr T ( x) CD ( x)dx
2

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第8章 作用于船体的水动力的估算
3、估算附加质量的图谱方法 元良诚三根据系列船模试验的结果，给出了估算船 体附加质量的图谱，对于一般民船来说，估算精度较好。
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船舶操纵与摇摆.11.
船舶操纵与摇摆.12.
船舶操纵与摇摆.13.
第8章 水动力导数的估算
为了便于计算机计算，以将上述图谱回归成如下多项式：
在球面上有
a 1 1 cos , cos 2 n
代入公式，得到球体的附加质量： 3 2 3 a a 2 a 2 2 cos ds cos 11 dd
2
S
2
0 0
3
显然球体的附加质量是球排水量的一半，其无因次值
为0.5,并且：
11
1 d L d [0.398 11.97CB (1 3.73 ) 2.89CB (1 11.3 ) m 100 B B B L 2 d Ld 0.175CB ( ) (1 0.541 ) 1.107 ] B B BB
22
d L 0.882 0.54CB (1 1.6 ) 0.156(1 0.673CB ) m B B d L d Ld d 0.826 (1 0.678 ) 0.638 (1 0.669 ) BB B BB B
11 22 33
船舶操纵与摇摆.20.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（2）二维椭圆柱体
对于如图的二维椭圆柱体，有：
11 b
2 2
22 a
b
a x
1 2 2 2 66 (a b ) 8
y
船舶操纵与摇摆.21.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（3）二维平板 对于如左下图的二维平板，有：
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第8章 作用于船体的水动力的估算
（2）诺宾公式：
CB B d 2 Yv ( ) (1.69 0.08 ) L d CB B d 2 Yr ( ) (0.645 0.38 ) L d CB B d 2 ( ) (0.64 0.04 Nv ) L d CB B d 2 N r ( ) (0.47 0.18 ) L d
船舶操纵与摇摆
Ship Maneuvering and Oscillations
第8讲 作用于船体的水动力的估算
《船舶操纵与摇摆》讲义
华中科技大学船舶与海洋工程学院2013－2014学年第2学期
第8讲 作用于船体的水动力估算
提纲
水动力导数的估算方法有两种：
1 近似估算
2
理论计算
船舶操纵与摇摆.3.
船舶操纵与摇摆.27.
船舶操纵与摇摆.28.
船舶操纵与摇摆.29.
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船舶操纵与摇摆.30.
k11 11 / m k 22 22 / m k66 66 / I 0 I 0 0.05VL
2
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船舶操纵与摇摆.18.
船舶操纵与摇摆.19.
第8章 作用于船体的水动力的估算
例：球体wk.baidu.com加质量的计算：
a 3 cos 球体的速度势为： j 2r 2
船舶操纵与摇摆.6.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（3）克拉克公式：
d 2 B Yv ( ) (1 0.4C B ) L d d 2 B B Yr ( ) (0.5 2.2 0.08 ) L L d d 2 d N v ( ) (0.5 2.4 ) L L d 2 B B N r ( ) (0.25 0.039 0.56 ) L d L
第8章 作用于船体的水动力的估算
一、近似估算方法
1、估算线性水动力导数的经验公式
许多学者在大量实验的基础上，提出了若干估算 线性导数的经验公式。
船舶操纵与摇摆.4.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（1）斯米特公式：
d 2 Yv 5.0( ) L d 2 Yr 1.02( ) L d 2 1.94( ) Nv L d 2 0.65( ) Nr L