第三章船舶对操舵的响应 (2)VIP免费

2.4船舶对操舵的响应一、操舵响应模型船舶操纵性与耐波性船舶对操舵的响应船舶对操舵的响应响应模型的建立操纵指数的含义K、T指数的物理解释K、T指数的应用回转阻尼预报图K、T预报图阶跃操舵回转运动航向稳定运动二阶响应模型一阶响应模型船舶操纵性与耐波性1943年，英国人Kempf在1943年首先提出一种衡量船舶机动性能的试验方法。1957年以来野本谦作和诺宾发展了一种对Z形实验结果进行理论分析的新方法------K、T分析法。受到了广泛的重视和应用。操舵响应模型的建立船舶操纵性与耐波性二阶操舵响应模型操舵响应模型和水动力模型具有等价性；响应模型中的参数可以通过自航模试验来确定，而不必通过水动力导数来计算从线性操纵方程消去v，得到r的方程：船舶操纵性与耐波性野本认为船舶的受控运动基本上是一个质量很大的物体在舵的作用下进行的一种缓慢的转艏运动。他略去了船舶回转角速度的高阶影响，用下列数学模型来描述船舶运动：IrNrM操舵响应模型的建立式中：I为船舶回转惯性力矩系数；N为船舶回转中所受的阻尼力矩系数；M为舵产生的回转力矩系数。船舶操纵性与耐波性将上式两端同乘以1/N，得：设T=I/N，K=M/N，代入上式，得：即一阶操舵响应模型。野本认为K、T表征船舶操纵性的特征参数。IMrrNNKrrT操舵响应模型的建立船舶操纵性与耐波性船舶操纵性与耐波性操舵响应模型的建立上式称为操纵性的一阶K-T方程，也称为野本谦作方程。它既能抓住响应问题的本质，又能比二阶方程更为简化。船舶操纵性与耐波性操舵响应模型的推导线性操纵运动微分方程组转首对操舵响应的传递函数拉氏变换频率域时间域转首对操舵响应的二阶模型一阶传递函数一阶响应模型简化简化船舶操纵性与耐波性船舶操纵性与耐波性四、船舶操舵响应模型应用船舶操纵性与耐波性操纵性指数的含义1.直线航行t=0时，受到扰动0r=r0r=rtTe0Trr如T小，r衰减快、稳定性好如T大，r衰减慢、稳定性差T代表稳定性船舶操纵性与耐波性操纵性指数的含义KrrT10()1tTrtKe如K大，回转半径小，回转性好T表示进入定常回转的快慢，T越小转首性越好。000rKrVKR定常回转2。阶跃操舵船舶操纵性与耐波性K、T指数与操纵性的关系几个典型的操舵运动阶跃操舵（匀速直航、瞬时操舵）有限操舵速度下的回转运动tTeKt101)(11100)(tteTTttKttT11111011)(tteeTttKttTtT分离为２个线性操纵的叠加船舶操纵性与耐波性航向运动稳定性10rt()rtTte（）阶跃操舵（理想操舵状态）有限操舵速度下的回转运动分析指数K、T与操纵性的关系综合比较几种典型操舵响应船舶皆进入定常回转,且定常回转角速度,可得结论:进入定常回转运动的相对回转直径与系数K成反比,即K值越大,相应回转直径越小,回转性越好.K值与回转性密切相关可衡量回转性好坏.观察上图,船舶操舵后经过一段时间,曲线趋于直线,即进入定常回转.阶跃操舵:有限操舵速度:上式表征了舵效情况,从操舵进入定常回转的时间分别为T和T+t1/2,常忽略操舵时间t1、T值越小表示操舵进入定常回转时间越小,舵效越好。0k02KLVLD210tTtKTtK0船舶操纵性与耐波性分析系数K、T与操纵性的关系综合比较两种典型操舵响应船舶航向稳定运动中,讨论舵保持在船中位置时,可以得到受扰动后的运动方程:,结论:系数T与航向稳定性相关,T为负值时,扰动运动将随时间而增长,船舶不具备航向稳定性,T为小正值时,船舶具有良好的航向稳定性.T值越小则扰动衰减越快,偏航就越小.综上所述：一阶操纵方程的2个系数K、T能全面的定义船舶的操纵性.K表示了回转性,T表示了应舵性和航向稳定性.诺宾提出了转首性指数P,它表征操舵后船舶行驶一倍船长,单位舵角引起的首向角改变量.但实质上P指数相当于K、T指数的比值.TteC船舶操纵性与耐波性转首指数P由操舵响应模型：解得首向角则单位舵角首向角变化：船舶操纵性与耐波...