第四章自由自航船舶操纵性试验

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化一周,回到开始值时,可结束一次试验。
γ-δ 操纵性特征曲线
3. 试验特征参数表达
舵角相当于一种干扰,当干扰逐渐减小或消失后, 试验结果可把定常回转角速度作为舵角的函数。 γ γ
(2) 转首滞后(Overshoot Time)
物 理 意 义
转首滞后(航向超越时间)是从时间方面对船
舶转动惯性的一种度量。超越时间越长,船舶
转动惯性越大。 它意味着零舵角之后出现零角速度的时间 滞后。TL越小跟从性越好。
超越角
转首滞后
Z形操舵试验
3.K—T的标准算法
a. 分析原理
试验中运动描述方程为:
(5)上述分别求得在最初一个峰区和后两个峰区 的K、T指数,取两者平均值为本船的指数:
2-4 自由自航船舶操纵性实验
2-4-3 螺线试验与逆螺线试验
螺线试验与逆螺线试验
螺旋试验:测定船舶的航向稳定性和回转运动 稳定性的间接的试验方法它是由迪厄顿尼在20 世纪40年代提出的。 这是回转试验和Z型操舵试验所不能充分反映
Z形操舵试验
以10°/10°(分子表示舵角,分母表示进行反向操舵时 的航向角)Z形操纵试验为例,试验方法简述如下 :
1. 试验方法
(1) 保持船舶直线定常航速;发令之前记录初始船
速、航向角、及推进器转速等;
(2) 发令,迅速转右舵到指定的舵角(10°),并 维 持该舵角;
Z形操舵试验
1. 试验方法
试验所得ψ曲线满足上述方程。方程两端积分:
T d dt dt K ( r ) dt dt
Z形操舵试验
b。t=0处作ψ曲线切线,斜率为 ,然后作该切线的 平行线,分别与波峰相切于e、e’ 、 e’’……点,对 应的时间为te,te’,te’’……等。所有参数如下图所示: 6个特征点 Ψ(t2)=δ1 Ψ(t4)=δ2 Ψ(t6)=δ3
T
d dt dt K ( r ) dt dt
(t e ) (t e ) (t e ) (0)
2
6
4
Z形操舵试验
T
[0,te] 6个积分区间 [0,t’e] [0,t’’e]
d dt dt K ( r ) dt dt
③横倾:总的来说,横倾对回转圈影响不大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
3、操船方面的影响 ①舵角:一般操15 °舵角与满舵相比,DT将增加到 130%~170%,而掉头时间则可能增加到140%左右; ②操舵时间:自一舷35°转至另一舷30°应不超过 15s; ③船速:船速越快,回转时间大大缩短,而DT影响 小。
2-4 自由自航船舶操纵性试验
船舶操纵性试验
目的----求取船舶操纵性衡准及各运动要素,从 而评价操纵性优劣。 所测数据
实船
回转试验
自航模
螺旋与逆螺旋试验
Z 型操舵试验
船模
约束模
第九章
代表各项 流体动力 综合影响
直线拖曳试验
位置导数
悬臂试验
回转导数
加速度导数
平面运动机构试验
在约束模试验中,通过各专门装置强迫船模进行精确控制下 的运动,每次可变换一个参数,令其他参数为零,可分别求得 此单一参数下的流体动力(力矩)导数
算枢心P的轨迹。枢心速度计程仪在X方向的 速度,枢心处航速角就等于首向角。P点为:
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(3)对上式积分采取梯形法进行近似计算,然后 根据计算结果来绘制枢心轨迹,如图所示:
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(4)假定枢心P位于重心前0.4L处: 。 然后在枢心的每个轨迹点处画上船体的首尾线, 如图所示,在每条首位线上求出重心G的位置, 绘出重心轨迹——回转圈。
武汉理工大学 深浅两用露天船模操纵性水池
双RTK的GPS船 模运动轨迹实时 摇测系统,可实 时测量船舶运动 的轨迹、航速、 漂角。综合分析 可得出船舶的操 纵性指数、倒航 操纵性。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
1、水线下的船型因素
①方型系数:Cb 越大,回转性越好,回转圈 也越小 ; ②水线下侧面积:首部多有利于减小回转圈,
绪 论
试验方法:
实船和无线电遥控自航船模操纵性试验均 属无约束的自由自航试验。在操纵性试验中, 可以直接测得各种运动参数,能较直观地分析 比较船舶的操纵性能,长期以来被广泛应用。 目前为止,操纵性试验方法有很多,主要 有:回转试验、螺线及逆螺线试验、回舵试验 、Z形试验、变首向试验、频率响应试验、以及 关于启动、停车、倒退等专门试验 。
K、T分析: 运动有非线性影响, K、T是一个平均概念。
如图所示:切线交t轴于t2 量得:
其中t1为操舵时间。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(1)把记录的船速和首向角以时间为横坐标绘成 下图的所示形式,对测量值进行初步的校核。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(2)按式 ,以枢心代替重心,计
倾角。以上参数可从试验结果直接测量得到。
对回转试验结果也能进行K、T分析。
回 转 试 验
4. 对回转试验的结果进行分析。
K、T分析: 运动有非线性影响, K、T是一个平均概念。
如图所示: 当t很大时,转首角
随时间的变化呈直线关系
斜率Kδ0 =tgβ 。
回 转 试 验
4. 对回转试验的结果进行分析。
2-4 自由自航船舶操纵性试验
2-4-1 船舶回转试验
第一节 回转试验
回 转 试 验
回转试验是指在试验船速直航条件下,操左
35°舵角和右35°舵角或设计最大舵角并保持
之,使船舶进行左、右旋回运动的试验。
大舵角的回转模拟了实船航行时紧急规避时
的操纵。通过回转试验可评价回转运动的迅速程 度和所需的水域大小。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(5)根据上述所得的回转圈量取各回转要 素,并算出K、T指数。请参照下图:
回转圈及其要素
Tr G
G
DT G
G Admax Ad G
reach
Stern kick G Trmax G
β
武汉理工大学船模操纵性水池长80m,水面宽60m,最大水深 1.5m,池底平整可做深浅水自由自航船模操纵性试验,拥有计算机 数据实时采集显示处理系统。.
回 转 试 验
1.试验目的
求船舶的回转要素。其中包括:
纵距
横距 回转初径
Ad (advance)
Tr (transfer) DT(tactical diameter)
回转直径
进程
D (final diameter)
Re (reach)
回转时间
T (time)
回 转 试 验— 步骤
2. 试验方法 (1) 保持船舶直线定常航速; (2) 回转之前一个船长时,测量记录初始船速、航向 角、初始舵角及推进器转速等; (3) 发令,迅速转舵到指定的舵角,并维持该舵角; (4) 随着船舶的转向,每隔不超过20秒的时间间隔, 记录轨迹、航速、横倾角、及螺旋桨转数等数据。 (5) 在整个船舶回转中,保持各种控制不变,直至船 舶首向角改变至540°时,可结束一次试验。
性的参数。
Z形操舵试验
2. 特征参数
(1) 航向超越角(Overshoot Angle)
航向超越角在船舶避碰机动中有重要意义 超越角 物 理 越小,船舶越易于回转, 意 超越角正比于指数K和T的乘积因此,跟从性好和 义 回转性差,与跟从性差和回转性好的船具有相同的超 越角。 航向超越角是从航向变化量方面对船舶转动惯性的 一种度量。超越角越大,船舶转动惯性越大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
4、外界环境的影响
①浅水:回转圈随着水深的变浅而逐渐增大。当 水深与吃水之比小于2时,旋回圈将明显增大。
②污底和风流:污底越多摩擦阻力增加,旋回圈 变大,但影响很小。顶风顶流将使纵矩减小。
2-4 自由自航船舶操纵性实验
2-4-2 Z 形 操 舵 试 验
Z形操舵试验
1、目的: 评价船舶的航向稳定性和回转稳定性。
的。
螺线试验与逆螺线试验
2. 试验方法


(1)保持船舶直线定常航速,操舵开始前,记
(2) 发令,迅速转舵到一舷指定的舵角,并保 (3) 待回转角速度达到定常值时,记录相应的
录初始船速、航向角、及推进器转速等; 持该舵角,使船舶进入回转状态;
角速度r 和舵角δ ;
ψδ
First Overshoot Angle
ψ
δ
Second Overshoot Angle
Z形操纵试验结果
Z形操舵试验
2. 特征参数
定 义
(1) 航向超越角(Overshoot Angle)
航向超越角指每次进行反向操舵后,船首向
操舵相反一侧继续转动的增加值。是操反舵瞬时 首向角和最大首向角之间的差值。 一般用第一超越角和第二超越角作为衡量船舶惯
回 转 试 验
3. 回转试验测量轨迹的3种方法。

光学跟踪的绕标方法。
测量航速及首向角的积分方法。
岸上设置固定观察站。
回 转 试 验
4. 对回转试验的结果进行分析。
船舶重心所描绘的轨迹称为回转圈。它是船舶回
转性能的重要指标。回转圈越小,回转性能越好 。 在各种状态下测得回转轨迹图上,直接量出特征 参数,如:纵距、正横距、战术直径、定常回转直径。 从横倾角的测量中得到定常回转横倾角和最大动力横
从船舶的实际操纵情况,象回转 试验那样长时期保 持一定舵角情况是不多的,经常地情况是比较小的舵角左 左右右的不断的操舵,Z形操纵舵试验正是模拟这种操纵, 分析其试验结果可以得到更符合实际的操纵资料。 Z形操纵试验是一种评价船舶操舵响应的试验方法, 同时,可通过Z形操纵试验结果求取操纵性指数K、T。
Z形操纵试验被公认为是确定K,T指数的标准方法。
垂直平面运动机构
水平面运动机构
PMM TEST(平面运动机构试验)
回转臂水池
回转臂水池---中国船舶研究中心
绪 论
理论方法: 在前几章中,我们基于线性操纵运动方 程,分析了船舶航向稳定性和回转性,以及 对操舵的转首响应特性,若能知道数学模型 中的系数,就能确定其响应运动及其有关的 操纵特性。这是操纵性研究的理论方法。此 外,也常采用试验方法进行研究。
(3) 船舶开始右转,当船舶航向改变量与所操舵角
相等时,迅速转左舵到指定的舵角(10°),并维持 该舵角; (4) 当船舶向左航向改变量与所操左舵角相等时, 迅速转右舵到指定的舵角(10°),并维持该舵角;
(5) 如此反复进行,操舵达5次时,完成一次试验。
Z形操舵试验
2. 特征参数
Z形操纵试验结果可以下图形式表示。纵 坐标为航向角或舵角,横坐标为时间。
螺线试验与逆螺线试验
2. 试验方法
(4) 将舵角改变一个规定的角度,再重复测
量角速度r 和舵角δ ,以15°舵角为例,依次改 变舵角从右15°→右10°→右5°→右3°→右 1°→0°→左1°→左3°→左5°→左10°→左 15°→左10°→左5°→左3°→左1°→0°→右
1°→右3°→右5°→右10°→右15°,舵角变
尾部多有利于提高航向稳定性 ;
③舵面积比:
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水:吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种wk.baidu.com度的降低;
②纵倾:首倾每增加1% L,回转初径 DT 可减小10% 左右;尾倾每增加 1% L,回转初径 DT 则增加10% 左右;
空船与满载时的回转圈大小相差不多
3. K—T的标准算法
c. 对记录曲线进行分析
(3)将上述描述方程在区间[t2,te]积分可得 :
Z形操舵试验
3. K—T的标准算法
c. 对记录曲线进行分析
(4)将上述描述方程分别在两个区间[t4,t’e], 和[t6,t’’e]积分可得 :
Z形操舵试验
3. K—T的标准算法
c. 对记录曲线进行分析
K
[t2,te] [t4,t’e] [t6,t’’e]
T
对记录曲线进行分析(整个计算过程针对6个特征点)
(1)将上述描述方程分别在两个区间[0,t’e],
K 和[0,t’’e]积分可得

Z形操舵试验
3. K—T的标准算法
c. 对记录曲线进行分析
(2)将上述描述方程在区间[0,te]积分可得 :
Z形操舵试验
Z形操舵试验
2. 特征参数
定 义
(2) 转首滞后TL(Overshoot Time)
转首滞后指每次进行反向操舵时刻起至船首向
开始向操舵一侧转动的时刻之间的时间间隔。表示 回复到正舵时刻到最大转首角瞬时的时间间隔。 一般用第一超越时间和第二超越时间作为衡量船舶
惯性的参数。
Z形操舵试验
2. 特征参数
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