船舶操纵性指数K、T.ppt

船舶操纵性指数本节主要内容： 船舶操纵运动方程 船舶操纵性性指数K、T概念 操纵性指数K、T的作用 操纵性指数的计算 Z形船舶操纵性试验 统计回归公式（Clarke公式）1精选课件船舶操纵运动方程 分离型（小川、小濑、井上、平野为代表） 以船体、螺旋桨、舵叶单独为基础；能够简洁的表示三者之间的相互干扰；能合理的表达作用于船体上的各种流体动力 整体性（Abkowitz为代表） 把船体、螺旋桨、舵叶看成一个不可分的整体；三者间的干扰力看不出来 响应性（Nomoto为代表） 将船体、螺旋桨、舵叶三者看成一个整体，从操舵者的角度出发，一船舶转首为目标，从而得出船舶航向对所操舵角的一种响应2精选课件船舶操纵运动方程 船舶动稳性 公式： ：船舶及其附连水转动惯量 ：船舶横倾角加速度 ：船舶所受和外力矩 ：定常外力矩 ：船舶稳性力矩3精选课件船舶操纵运动方程 野本（Nomoto）一阶操纵运动方程 假设一物体（钢体）的转动惯性矩假设一物体（钢体）的转动惯性矩I I为，当它以角速度为，当它以角速度r r回回转时，所遭受的粘性阻尼力矩为转时，所遭受的粘性阻尼力矩为N rN r， N N是阻尼力矩系数是阻尼力矩系数。

此外当其尾部转过一角度此外当其尾部转过一角度 后，会产生一个作用在物体上的后，会产生一个作用在物体上的力矩力矩MM ，MM表示单位角度产生的力矩根据钢体转动定律表示单位角度产生的力矩根据钢体转动定律： 该物体的转动方程式为：该物体的转动方程式为：4精选课件船舶操纵运动方程对上式进行如下处理： 同样的，将船舶看成钢体，当船舶操任一舵角 ，船首转过一定角度，转手角速度为 上述公式就相应的成为了船舶操舵时的船首转动方程 野本（Nomoto）一阶操纵运动方程5精选课件船舶操纵运动方程 船舶操纵性指数 运动坐标系中的船舶响应型操纵运动方程： 一阶船舶操纵运动方程（野本方程） ：船舶追随性指数 ：船舶旋回性指 ：旋回角速度 ：旋回角加速度 ：舵角 6精选课件船舶操纵性指数概念 野本认为上述野本认为上述K K、T T是可以用来表征船舶操纵性的是可以用来表征船舶操纵性的特征参数，称之为操纵性指数，特征参数，称之为操纵性指数， 其中：其中： （1 1） 船舶的旋回性指数船舶的旋回性指数 K K （turning ability indexturning ability index），单位为），单位为1/1/秒；秒； K=M/N K=M/N 单位舵角旋回力矩单位舵角旋回力矩/ /单位角速度旋回阻尼；单位角速度旋回阻尼； K K表示旋回性优劣，表示旋回性优劣，K K大，旋回性好。

大，旋回性好7精选课件船舶操纵性指数概念 （2 2）船舶的追随性指数）船舶的追随性指数 T T （turning lag indexturning lag index），单位为秒；），单位为秒； T=I/N T=I/N 船舶转动惯量船舶转动惯量/ /单位角速度旋回阻尼；单位角速度旋回阻尼； T T表示追随性优劣，表示追随性优劣，T T小，追随性好，应舵较小，追随性好，应舵较快；快； T T如果为负值，船舶航向不稳定如果为负值，船舶航向不稳定8精选课件船舶操纵性指数含义 K：旋回性指数 K值大，则操舵后的转向角加速度初始值、定常转向角速度值均较高，易于有较大的转向角船舶进入定常旋回后，因为K可用定常旋回角速度r0与所操舵角0之比来表示，所以K值实质上是定常旋回中的船舶每单位舵角所能给出的转头角速度值，又称增益常数该增益越大，则船舶的旋回性能越好9精选课件船舶操纵性指数含义 T：追随性指数 T值小，则操舵后的转向角加速度初始值较高，向定常角速度趋近较快，易于有较大的转向角船舶操舵后，因为T表示转向角加速度向零衰减、转向角速度向定常角速度趋近的周期，而且每经过T的时间均趋近0.37倍，所以T又称时间常数。

该时间越短，则追随性越好10精选课件船舶操纵性指数 影响K、T指数的因素 船舶操纵性能指数K、T值，将随舵角、吃水、吃水差、水深与吃水之比、船体水下线型等因素的变化而变化，且其规律较为复杂，但总体来讲，具有如表12所列的趋势影响因素舵角增加吃水增加尾倾增加水深变浅船型越肥大K、T变化同时减小同时增大同时减小同时减小同时增大11精选课件船舶转首角速度、航向求解野本方程：求解野本方程： 初始条件：初始条件： 方程的特解：方程的特解： 船舶转首角：船舶转首角： 微分-积分公式：12精选课件船舶转首角速度、航向转首角速度：转首角速度：13精选课件船舶转首角速度、航向转首角加速度：转首角加速度：14精选课件船舶转首角速度、航向转首角度：转首角度：15精选课件船舶操纵性指数应用 船舶操纵性指数K、T的具体运用按K、T指数区分船舶操纵性船舶定常旋回直径D的估算推定新航向距离DNC 改向中转头惯性角的估算 判断船舶航向稳定性16精选课件船舶操纵性指数应用 无因次化操纵性指数 为了便于比较不同船舶之间的操纵性，常将操纵性指数K、T作无因次化处理，即消去其量纲 V 船速(m/s)，L 船长(m)17精选课件船舶操纵性指数应用 区分船舶操纵性区分船舶操纵性18精选课件船舶操纵性指数应用 实例验证上图 根据船舶操纵性指数K、T，可以得出船舶整体的传递函数表达式，即船舶航向与舵角之间的时间关系表达式： S 表示一种时间状态上的求倒关系，例如19精选课件船舶操纵性指数应用 右图为船舶对地真运动模式。

暂时先忽略外界感染的影响那么任意时刻船舶的位置为：20精选课件船舶操纵性指数应用 实例验证上图 取 K=0.1、0.7； T=80、300 航速取15kn，舵角去30 A船：K=0.7；T=80 B船：K=0.1；T=80 C船：K=0.7；T=300 D船：K=0.1；T=300 见旋回性比较图21精选课件船舶操纵性指数应用求解野本方程：求解野本方程： 初始条件：初始条件： 存在转舵延时存在转舵延时t1t1，船，船舶转首角：舶转首角： 近似等于：近似等于：22精选课件船舶操纵性指数应用23精选课件船舶操纵性指数应用 惯性滑行距离，即滞惯性滑行距离，即滞距距ReRe 右图中右图中GBGB断24精选课件船舶操纵性指数应用 定常旋回直径定常旋回直径D D的估算的估算 根据定常旋回运动中旋回角速度根据定常旋回运动中旋回角速度r r0 0K K 的结论，可以得到船舶定常旋回直径的结论，可以得到船舶定常旋回直径的估算式：的估算式： D=2RD=2R 旋回圈半径旋回圈半径R=V/r= V/(K)R=V/r= V/(K) 定常旋回圈进距定常旋回圈进距Ad=Re+RAd=Re+R25精选课件船舶操纵性指数应用 推定新航向距离推定新航向距离D DNCNC 右图中右图中GCGC断断 实例仿真法求实例仿真法求D DNCNC 演示：演示：26精选课件船舶操纵性指数应用 转头惯性角的估算转头惯性角的估算 船舶在航行中改向操舵后，船舶的转头角速度船舶在航行中改向操舵后，船舶的转头角速度r r0 0到达某一定值后操正舵，船首继续转头惯性到达某一定值后操正舵，船首继续转头惯性角角 为：为： =r=r0 0T T 判别船舶航向稳定性。

利用船舶操纵性指数判别船舶航向稳定性利用船舶操纵性指数T T来判别船舶的航向稳定性来判别船舶的航向稳定性27精选课件船舶操纵性指数应用 判断船舶航向稳定性 一阶船舶操纵运动方程 船舶初始转动角速度为定值r0 ， 正舵： 船首继续转头惯性角船首继续转头惯性角 为为： =r=r0 0T T28精选课件船舶操纵性指数应用 间接判别参数 T 指数是系统的时间常数(sec)，其符号决定船舶是否具有航向稳定性大小决定船舶航向稳定性的优劣 T 为正值，船舶具有航向稳定性，T 越小，航向稳定性越好，反之则越差； T 为负值，船舶不具有航向稳定性 实际船舶操纵中，船舶转向后操正舵，如果发现船舶长时间不能稳定在新的航向上直线航行，则说明该船航向稳定性较差，即T 较大；反之，则航向稳定性较好，即T 较小29精选课件船舶操纵性指数应用 船舶航向控制船舶航向控制船舶航向自动舵的设计船舶航向自动舵的设计（1 1）PIDPID控制控制（2 2）H H 鲁棒控制鲁棒控制（3 3）仿人智能控制）仿人智能控制（4 4）迭代滑模控制）迭代滑模控制 实例演示：实例演示：30精选课件船舶操纵性指数计算 Z形船舶操纵性试验 K/T 。

31精选课件船舶操纵性指数计算 Z形船舶操纵性试验 K/T 32精选课件船舶操纵性指数计算 Z形船舶操纵性试验 K/T 33精选课件船舶操纵性指数计算 Z形船舶操纵性试验 K/T 34精选课件船舶操纵性指数计算 统计回归近似计算根据船舶八大已知参数，利用下列公式进行求解第一步，相关参数无因次化、标准化：35精选课件船舶操纵性指数计算 统计回归近似计算第二步，求解水动力倒数：36精选课件船舶操纵性指数计算 统计回归近似计算第三步，水动力倒数修正：37精选课件船舶操纵性指数计算 统计回归近似计算第四步，求解 K、T的相关要素：38精选课件船舶操纵性指数计算 统计回归近似计算第五步，计算 K、T值： 实例计算39精选课件船舶操纵性指数计算 课后作业 利用统计回归近似计算方法计算船舶K、T指数值 已知条件：船舶排水量M=5735.5m3，船长Lpp=105m，船宽B=18m，方形系数Cb=0.5595，吃水T=5.4m,舵叶面积Ad=11.8m2,航速V=16.7kn,浮心坐标Xc=-0.51m40精选课件感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！。