CB Z 240-1987 船舶操纵运动数学模型.pdf
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1、CB/Z 中国船舶工业总公司指导性技术文件CB; Z 240-87 船舶操纵运动数学模型Standard Mathematical Models for Ship Manoeuvering Motions 1987年发布中国先后岛自工业总公司批准中国船舶工业总公司指导性技术文件船舶操纵运动数学模型CB/ Z 240-87 Standard Mathematical Models for Ship Manoeuvering Motions 组另lj:舰船理论与实验专业组号i宫本标准所列座标系和符号属国际标准形式本标准中数学模型分是体型、组合型、响应型三炎,均可预报元叫自操纵性能它适用于螺旋桨转述
2、noF船迷VO的运动状态s其它运动状态可采用附录中的相应形式及完全响应型整体m.组合型以及试验程序作为船舶模型试验数据比较E交流用i、座标系与符号l r座标系(见国l四z) ) Y.v 图l整体型数学模却革标系01X0Yo z。一一固定坐标系9右手立角坐标系0 I :x:o为固定坐棕系纵轴沿水平窗内吕定方禽,如指向初始航向01Yo为固定坐标系横轴,如k平面内,垂直于OXO向右为正olzo为固定坐标系垂主轴,向下为正OXYZ (或G:X:YZ)一动坐标系亦称体轨自定于运动物体上,右手立j智坐标系原点。或a) 在主1协平面上0ox (或GX一一为纵轴、i古crJW.7vr.i.oy c或GY)一为
3、时由、i句右为正倍。z(或GZ)与ox戎Gx)、ioy (或GY)构成右手立角坐标系.0 z 或oz)才11J位于J.1称平面内中国船舶工业总公司1987年批准发布. 1 CB; Z 240-87 -f.飞因Z组合型数学模型坐标系u (或v)体轴原点。或G)相对流体的速度0u、jV分别为u(v)在0x: (川轴和oy ( GY )轴上的投影。一一漂兔或称侧滑舟,速度u(或与对称千百之间的央角,统z轴正i句旋进为正中一-1!自航角F垂直Wz0x0与之ox之间的夹角,绕z轴正i司旋选为正1.2 符号见表il. 2. a. 运动特怯符号见表1符号| 无盘纲形式AD I AD= AD/L AR I A
4、R =AR/L2 CB CB c G D 工x工xx工yCiyy)工z(工zz) . 2 . 工xPL工I土PLy Y/ !) 工;出马PL表1意义进距舵面积浮心方形系数质量中心螺旋桨直径加绕x轴的转动棋盘册绕y轴的转动惯量船绕z轴的转动惯量CB/ Z 240-87 续表符号无量级形式意义J 2 =u/nD 基于船速u的螺旋桨进程系数J c Jb =uc/ncD 船到达稳定指令速度问时螺He畏进程系数L L1 =l 特征长皮m m出什PL茹的皮囊N I N1 =N川E流体动力力矩统z拙的分量(偏航力矩lh N.叩川Z当13=6=0时的偏航力矩Nr Ni!=Nr.旷U应作为r语数的一卧系教11r
5、vv 吗俨Nrvv兮闪,u Nv作为vr函数的系数E圣:u;叫作PLE作为全函数的一除系教Nrrr llrr = Nrrr.川IE作为r函数的三阶系敬Bv 叫Nv升。川且作为v函数均一阶系数Bvr1 孔,品”Z=Nv.,.品a川F PL口,I llv1F J.J r z函数的系数B.Y, Ni=Nv兮PLN作为手函数的一阶系数Nvvv N.俨Nvvv的IN作为函数的三阶系数N6 N占No.川日n作为6函数的一阶系教3 CB/ Z 240-87 续表符号无量纲形式意义n 螺旋桨转速r t I= rLz /Uz 船相对于流体的角加速)J;段x轴的分量s s1 = s/L2 湿面积古乞tU/L时间它
6、推力减频T TI= T/L 吃水TA TA_= TA/L 始吃水TF 吨TF/L锦吃水u ut =U飞3体轴坐标原点相对流体的速度u U. =u/U u i佳x轴的分量u u =uL/U2 u沿x和份量的变化卒v v1=V/U u甘Y轴的分量v 专1= VL/U2 u沿y轴分量的变化率x x1 =X/L 物体纵轴,某点相对体轴原点的坐标JC x可问2uz 流体动力沿x轴的分量(纵向力或轴l句力Xrr Xr=XrrPL x作为r函数的二阶系敬X也X也Xu_,1PLZ x作为也函数的一!给系坡Xuu 土zz Xuu = Xuu PL 无螺旋桨情况下,x作为u的二阶导数的系数,一阶系数为零Xvr x
7、品xh,品,2l_PL x作为vr函数的系数 4 CB/ Z 240-87 4。先句3击: 符号无量纲形式意义Xvv Xv出Xvv士Lzx作为v函数的二阶系数,一阶系数为零Xoo x6o=X00/-PL2uz x作为6函数的二阶系敬,一阶1数为零y Y 1 =Y/L 物体被轴y Y1 =Y川Z流体动力沿y轴的分量(披向力)Y骨Yl =YLzuz 当自O时的横向力Yr Y! =Y 川r r Y作为r函数的系数y去Y户与PLY作为全函数的系数Yrrr Yfrr=Yrrr/a i仙aUI I Y对r三阶系教Yv YYv.川Y作为V的函数一l外系数Yv YY号几,lPL Y作为号的函数的系数Yvvv
8、Yvv= Yvvv产alpL2 u I I Y作为v函数三外系数Yvrr Y占,品F品.,.Yvr. 扫兴土ZPL I I Yv作为rz函数的系数Yvvr y”r品”Yv”v.品土ZLu Yv作为Vr函数的系数Yo Y/;,=Y0川2Y作为6函数的一阶,在战。漂角 I =Jc / .J Uc nc 推进比:一或一u n : 俨CB/ Z 240-87 续表符号元登纳形式意衍向角或偏航角的句角或偏航班的变化卒义AV仙Vv W中(L) P I I 水的质量密度I. Z. 2 船体儿何符号表Z表2符号元量纲形式意义s 面积宽度长度进流段长去流段长浮心的纵向位置湿ilil-Ot型吃水排水体积方形系数中
9、横剖面系数湿面积系数排水体积系数A B L L E LR LcB T / c .B c M c s c., 6 . Cl3i Z 240-8 7 J l盼BAt的儿何符号见表3表3符号意义c 古总面积固定面积可动面积平均莫展其根剖面弦、才说弦翼尖弦、翼端弦展弦比尖削比、梯形比A T A F M AA-hu c r a 或A)入loZo4 螺旋桨几何符号见表4表4符号意义c I 弦长D I 推进器直径:p I 螺距D/T I 直径与吃水之比:P/T I 螺距与直径比即螺距比l 0 2 0 6 阻力与推进器的符号见表57 CB/ Z 210-87 表5nH市mEKK牛uw意义有效功率、1有效马力转
10、速转Bl!船换换到实船的阻力增量,附加阻力摩擦阻力剩余阻力总阻力推力轴马力船迷螺旋桨进边质量密度运动粘性系数liJ ttcjy:修正系数摩擦阻力系数剩余暇1系数总F肋系数付汝德数;v/Jif推J11器进边系数;Va/nD扭矩系数推力系数推力减额系数泰勒伴流系数符号EHP n Q R A R F R R R T T SHP v v a. J AER nLvnuvnLvnu F N J . 8 CB/ Z 2tl0-87 : hJ舶操纵运动数学模型2. 1 整体模型及其系数的确定2. l. l 整体模型坐标原点选为非重心时:( m - :x:u u =X十XuU十XUUAU z + X:uuuAU
11、十Xvv V z + ( Xr r + mx G) r z 十X666Z十X.vvuvz au+ X.rru.r z Au十X6oucAu十(Xvr十m)vr十x6v十芷rr6十XvruvrAU十Xv6uVA U十Xr6ur6Au(m-Y专)专十(mx0- Yr) r =Y +YuAU十YuuAuz+YvV+ Yvvvv十Yvrrvrz+Yv66voz十YvuVAu + Yvuu VAu E十(Yr-mu)r 十Yrrrr十Yrvvrvz+ Yr66rE十YrurAu 十YruurAuZ十y06+Y666十Yovv6VZ十Yrr6rz 十YuAU十Y6uu6Au Z十Yvr6Vr6(工2-Nf
12、)全十(mx0-Nv)V、. , & ,、=N,十NUAU十NuuAUZ十l:TvV十NvvvV十1:7vrrVrE十Nv66vZ+ Nvu VAu十NvuuVAu E十(l:Tr- mx0u) r十.Nrrrr十NrvrV2十Nr66r6z十.NrurA U十NruurAuE十N+ N6666十N6vv6Z十N6rr6r E十Nou6Au十N6J,.tu6uz 十Nvr6Vr6坐标系原点取为重IG时:(m-xu)u=x怜十XuAu十XuuAUz十XuuuAu十XvvvZ十Xrrrz+x62十XvvuV zAu + Xrrur z Au个x66u6zAu 十XvV十(Xv1+m)Vr十xr6r
13、 6十XvruVrAu十XvUVAu十Xrur6Au(m-Y号)V-Yr-r=Y + YuAu十Yuu生u2十YvV十Yvvvv十Yvvrvzr(2) 十Yv66vE十YvuAu十YvuuVAu Z十(Yr-mu)r9 CB/ Z 240一87+ Yrrrr十YrvvrVz十Yr6r6Z十Yruri1u+Yruuri1uz +Y66fY6666十Y6vv6VE十Yrrre牛Y6uAu+ Y6uu6i1u z+ Yvr6V6r (Iz -N全)全N.y.V=N十Nui1U十nuui1u2十NvV+NvvvNvrrvrz十Nv66voz十llruri1u + l:Tvuu Vau 2十Nrr十Nr
14、rrr 十Nrvvrvz十lTr凸r62+NrurAu十NruurAu2+ J:I66卡N6666十NV6VZ十1:Trr6r E十N6且6Au.十Nouu6Au z + Hvr6Vr6 线性化有盘纲式、l坐标原点不在重心时:(川r=Yv叫一66(mx0-N寺)V+(工z-N全)全llvV十Nr-mx0u)r+Y66坐标原点在重IG时:(忻州千川(Yr-mu)r+ y06 (rz-.N全)全NV=NvV十Nrr+N6 相应的无因次式:(mYy.f俨(mXa-Y圣)圣Y;vr+(Yr-mu) r卡YlJ6lCmXd冉片叫工u-r汁UvV坪(l:Tr-mXo时)r+ Y66 rm-Y亏)(工zZ
15、. - N,/) r-N俨lTV十lT:jr+u6 6 0 6 ,1、EEEEaaBEEEEEa066YNY叫EEEEEBEBEEt、,EEEEEEEEEEEEAE、十、EEEEEEEEEE,、EEEBBEaEEEEE,vry7 ,EEEEBEBEE,EE、,a. ,EEEEE1、EalEdM11,YlEBEBEEfuh川mmJir -N rrfr YN丁俨VVVVEnyn lEEttttttAE飞AEEtt1tttEti一一一一、EEEEEBEEFaEE,、tt,EtttEEEE,-V-rV-r JttEBE4IIBItt飞,EEEBBEltSEEt、,EIllEtr、EEttltg吁lj-
16、r1I; Y-rr1j MI国z xzz m工I为A吼叫v比v丁VVrhm剧,Evt以W、114飞4如w一矩mhm的叫m应fLfiL相2 il. 2 整体型数学模型系数的确定确定整体型数学模型系数的试验方法与顺序,几表6 ( 3 ) 、. , aa苦, . 、( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) 白白NMACiEV 定刀之二L斜拖试验旋臂试验平百运动机构(l) Z) (1) (2) (3) (4) 交漂角、交f:fJ号转这一定,交违反变角速度、军角纯:建若纯最苦吾交错暑与漂角变锺摇与她角试验交越角试验与越角综合试挂试验试验试验试验Xv、Xo6.:x:v6、YV.、Yvvv工Yo、y6
17、66、Yo,YYv6 鸟飞Evvv,!1.t?o占户,ior沪Xr:r- r:.G 工(Yr-mu),丁r:-:-(立了-!:Li:au)Hrr:-Xur:-一LYrv飞.Yvrr Nrv,llvrr 4 r6 工Yro,Y凸rr Hr 6凸,:!Torr (r:i -Y.y.) 工(:iXG -II专)A飞r-i.l. ,x可u,xuuu一气u, r u.u :丁孔,lluu X岳u3了6u,Y 6u c 一lfou 116uu !:l.1: -y云)工CI: -l1z.) 确的教系型学摸数型体整表6注:工表示读试验所能求取的系敖aCB/ Z 240-87 2. 2 组合型数学视型及其系敬的
18、确定2.2. l 组合型数学提型坐标原点不在重心et:(【!一!m(V+ur+x0去)=Yu Yp+YR (Iz_z 皿x0 I ) r + m Xa ( v + ur) = N lf + Np 十HR, ”咽,、Xu、马、Yn-1f用于船体的流体动力和力矩Xp、马、Np-1jz用于!Ue:桨上的流体动力和11矩Xn、.YR、:Nn作用于!n江上的流体动力和力/l!.上述流体动力和力矩的表达式列于下表1 农7统性非线性上的流体动力作用于船体X - 1 Xu Ho. I u (Xvr -Yv) Vr + Xvv y1十Xrrr z + Xuuu z Y江I Y.y.V+ y全圣Y v v + (
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- CB 240 1987 船舶 操纵 运动 数学模型
