【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及船舶，尤其是一種基于船模試驗的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)階段評估船舶操縱性能多數(shù)基于靜水環(huán)境，但是船舶在實際海洋環(huán)境中操縱運動時受到波浪的影響會產(chǎn)生明顯的搖蕩耦合運動，影響船舶的操控安全。所以，預(yù)報與評估船舶在波浪中的操縱運動性能對于船舶航行安全、有效控制及船舶作戰(zhàn)能力提升等具有重要意義，一直以來都是研究熱點。
2、船舶在波浪中操縱運動時，波浪引起的搖蕩運動會影響船體周圍壓力變化，對作用于船體、螺旋槳和舵上的水動力產(chǎn)生影響。所以，建立波浪中船舶操縱性水動力、船體-螺旋槳-舵間的干擾水動力預(yù)報方法是準(zhǔn)確預(yù)報波浪中操縱運動的重要基礎(chǔ)。波浪中船舶操縱過程中的船體、螺旋槳和舵之間相互干擾，主要體現(xiàn)為：(1)船體對舵的干擾：船體操縱運動引起的橫向速度和艏搖角速度，改變了舵前來流速度和來流方向。(2)槳對舵的干擾：螺旋槳的旋流對舵處的伴流場產(chǎn)生了影響，改變了舵的來流速度和方向。(3)舵對船體的干擾：操舵引起船體尾部壓力分布改變，產(chǎn)生了船體水動力。(4)波浪中船舶運動對舵力的影響：船舶在波浪中操縱時會產(chǎn)生搖蕩運動，造成作用于螺旋槳和舵上的水動力發(fā)生變化。所以，準(zhǔn)確預(yù)報波浪中操縱運動，需要考慮波浪中船體、螺旋槳和舵之間的相互干擾。
3、目前研究波浪中操縱性水動力以及船體-螺旋槳-舵間的干擾的主要方法是基于cfd方法(computational?fluid?dynamics,cfd)，cfd方法采用重疊網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)船體的多自由度運動，通過滑移網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)和舵的轉(zhuǎn)動，結(jié)合數(shù)值造
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種基于船模試驗的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，本申請的技術(shù)方案如下：
2、一種基于船模試驗的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，該波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法包括：
3、制作目標(biāo)船舶對應(yīng)的船模并在船模上裝配測力傳感器；
4、對船模在波浪環(huán)境中進行不同舵角的直航船模試驗，并通過測力傳感器采集船模在每次直航船模試驗時所受船體水動力和舵法向力；
5、對船模在波浪環(huán)境中進行不同操縱參數(shù)的船模試驗，并通過測力傳感器采集船模在每次船模試驗時所受的舵法向力，操縱參數(shù)包括螺旋槳轉(zhuǎn)速和舵角；
6、根據(jù)船模在各次直航船模試驗時所受船體水動力和舵法向力擬合得到舵對船體水動力的干擾系數(shù)，根據(jù)船模在各次船模試驗時所受舵法向力擬合得到船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)；
7、結(jié)合測試得到的舵對船體水動力的干擾系數(shù)以及船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)，構(gòu)建得到受船槳舵耦合影響的波浪中舵水動力的數(shù)值預(yù)報模型并對波浪中舵水動力進行預(yù)報，受船槳舵耦合影響的波浪中舵水動力的數(shù)值預(yù)報模型與舵對船體水動力的干擾系數(shù)、船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)相關(guān)。
8、其進一步的技術(shù)方案為，構(gòu)建得到的船槳舵耦合影響下的波浪中舵水動力的數(shù)值預(yù)報模型為
9、其中，xr是波浪中舵水動力的縱向分量，yr是波浪中舵水動力的橫向分量，nr是波浪中舵水動力的轉(zhuǎn)艏分量，xr是目標(biāo)船舶的舵距離重心的縱向距離，δ是目標(biāo)船舶的舵角；目標(biāo)船舶所受舵法向力ρ表示目標(biāo)船舶所在水域的密度，ar表示目標(biāo)船舶的舵面積，fα表示目標(biāo)船舶的舵力系數(shù)，αr表示目標(biāo)船舶的船體和螺旋槳的尾流的有效舵角且ur表示目標(biāo)船舶的舵來流合速度且vr是目標(biāo)船舶的舵前來流橫向速度；ur表示目標(biāo)船舶的舵前來流軸向速度且螺旋槳進流速度up＝u(1-ωp)，u表示目標(biāo)船舶的縱向速度，ωp表示目標(biāo)船舶的伴流分?jǐn)?shù)，kt表示目標(biāo)船舶的螺旋槳推力系數(shù)，j表示目標(biāo)船舶的螺旋槳進數(shù)系數(shù)，船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)包括k和ε，舵對船體水動力的干擾系數(shù)包括tr、ah和xh。
10、其進一步的技術(shù)方案為，船模在每次直航船模試驗時所受船體水動力包括船體縱向力x、船體側(cè)向力y和船體轉(zhuǎn)艏力矩n，擬合得到舵對船體水動力的干擾系數(shù)tr、ah和xh包括：
11、根據(jù)船模尺寸對船模在每次直航船模試驗時所受船體縱向力x、船體側(cè)向力y、船體轉(zhuǎn)艏力矩n和舵法向力fn分別進行無量綱化處理，得到無量綱化船體縱向力x'、無量綱化船體側(cè)向力y'、無量綱化船體轉(zhuǎn)艏力矩n'和無量綱化舵法向力fn'；
12、根據(jù)船模在各次直航船模試驗時所受的無量綱化舵法向力fn'和直航船模試驗時采用的舵角dm，計算得到每次直航船模試驗的fn'sindm和fn'cosdm；
13、將船模在各次直航船模試驗時所受的無量綱化船體縱向力x'相應(yīng)于對應(yīng)直航船模試驗的fn'sindm作線性回歸，并將線性回歸的斜率作為擬合得到的干擾系數(shù)tr；
14、將船模在各次直航船模試驗時所受的無量綱化船體側(cè)向力y'相應(yīng)于對應(yīng)直航船模試驗的fn'cosdm作線性回歸，并將線性回歸的斜率作為擬合得到的干擾系數(shù)ah；
15、將船模在各次直航船模試驗時所受的無量綱化船體轉(zhuǎn)艏力矩n'相應(yīng)于對應(yīng)直航船模試驗的fn'cosdm作線性回歸，并將線性回歸的斜率與擬合得到的干擾系數(shù)ah的比值作為擬合得到的干擾系數(shù)xh。
16、其進一步的技術(shù)方案為，根據(jù)船模尺寸按照如下公式對船模在每次直航船模試驗時所受船體縱向力x、船體側(cè)向力y、船體轉(zhuǎn)艏力矩n和舵法向力fn分別進行無量綱化處理：
17、
18、其中，rm是船模所在試驗水池中流體的密度，vm是船模在直航船模試驗時的航速，lwl是船模水線長，d是船模吃水。
19、其進一步的技術(shù)方案為，擬合得到船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)k和ε包括：
20、根據(jù)船模在各次船模試驗中所受的舵法向力以及采用的舵角擬合得到船模的舵前來流軸向速度
21、確定船模在各次船模試驗中的螺旋槳進流速度和進速系數(shù)jm；
22、對船模在各次船模試驗時的相應(yīng)于對應(yīng)船模試驗中的作線性回歸擬合得到舵前來流速度的干擾系數(shù)包括k和ε，其中，表示船模的螺旋槳推力系數(shù)。
23、其進一步的技術(shù)方案為，擬合得到舵前來流速度的干擾系數(shù)包括k和ε包括：
24、確定船模在各次船模試驗時的相應(yīng)于對應(yīng)船模試驗中的作線性回歸的截距為ε2、斜率為ε2·k，計算得到舵前來流速度的干擾系數(shù)包括k和ε。
25、其進一步的技術(shù)方案為，擬合得到船模的舵前來流軸向速度包括：
26、計算船模在各次船模試驗中所受的舵法向力與舵角之間的法向力舵角曲線在舵角為0處的導(dǎo)數(shù)ξ，并得到船模的舵前來流軸向速度其中，rm是船模所在試驗水池中流體的密度，ad是船模的舵面積，是船模的舵力系數(shù)。
27、其進一步的技術(shù)方案為，確定本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于船模試驗的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，所述波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，構(gòu)建得到的船槳舵耦合影響下的波浪中舵水動力的數(shù)值預(yù)報模型為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，船模在每次直航船模試驗時所受船體水動力包括船體縱向力X、船體側(cè)向力Y和船體轉(zhuǎn)艏力矩N，擬合得到舵對船體水動力的干擾系數(shù)tR、aH和xH包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，根據(jù)船模尺寸按照如下公式對船模在每次直航船模試驗時所受船體縱向力X、船體側(cè)向力Y、船體轉(zhuǎn)艏力矩N和舵法向力Fn分別進行無量綱化處理：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，擬合得到船體和螺旋槳尾流對舵前來流速度的干擾系數(shù)k和ε包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，擬合得到舵前來流速度的干擾系數(shù)包括k和ε包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，確定船模在各次船模試驗中的螺旋槳進流速度和進速系數(shù)Jm包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，所述波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法還包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，所述制作目標(biāo)船舶對應(yīng)的船模并在所述船模上裝配測力傳感器包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于船模試驗的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，所述波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，構(gòu)建得到的船槳舵耦合影響下的波浪中舵水動力的數(shù)值預(yù)報模型為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，船模在每次直航船模試驗時所受船體水動力包括船體縱向力x、船體側(cè)向力y和船體轉(zhuǎn)艏力矩n，擬合得到舵對船體水動力的干擾系數(shù)tr、ah和xh包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波浪中船槳舵干擾水動力系數(shù)預(yù)報方法，其特征在于，根據(jù)船模尺寸按照如下公式對船模在每次直航船模試驗時所受船體縱向力x、船體側(cè)向力y、船體轉(zhuǎn)艏力矩n和舵法向力fn分別進行無量綱化處理：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪中船槳舵干擾水動力系...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓陽，師超，李壯壯，周德才，邱耿耀，
申請(專利權(quán))人：中國船舶科學(xué)研究中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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