一种计算船舶回转半径的方法.docx

一种计算船舶定常回转半径的方法摘 要 根据船舶定常回转运动时舵的转船力矩和水的阻转矩相等，计算出船舶定常回转动 的回转角速度，估算出船舶定常回转运动的回转半径 根据估算结果得出，船舶定常回转 运动的回转半径与船舶的舵角和吃水有关，跟航速无关 关键词 定 常 回 转 运 动 回 转 半 径 舵 角 吃 水1 引言船舶定常回转运动半径，是船舶操纵性能的一个重要指标 利用船舶分离模型仿真、经验 公式，或 神 经 网 络，都 可 以 计 算 出 船舶 定 常 回 转 运 动 半径，但这些方法 相对比较复杂⑴〜［4］研究通过分析船舶定常回转运动的力矩平衡，计算出船舶定常回 转运动半径，简明地表示出船舶定常回转运动半径与舵角和吃水的关系，可用来计算船舶定 常回转半径，也可以用来设计舵2 船舶定常回转运动受力分析2.1 船舶定常回转运动规律 船舶以一定速度直航时，舵转至某一舵角，然后保持舵角不变，船舶经过一个过渡阶段之后， 作用于船体的力和力矩将达到平衡，船舶进入定常回转运动阶段，在此阶段船舶作匀速圆周 运动如图 1 所示， G 为船舶重心，在船舶回转过程中，在中纵剖面存在一点，该点的横 向速度为零，即此点的漂角为零，称之为枢心点 P。

船舶作匀速圆周运动同时，船体绕枢 心作匀速转动 瞬时回屣中心 心图1 船舶枢心示意图船舶作定常回转运动时，船体切向力达到平衡，舵产生的转船力矩也与船 体的阻力矩相平衡，船体以固定的角速度绕枢心回转2.2 舵的转船力矩 舵产生的转船力矩，可以根据经验公式计算［5］Ms=1/2 CLP AV2l （1）CL为舵的升力系数，p为水的密度，A为舵叶的单侧浸水面积，v为船 舶定常运动的切向速度， 为舵杆轴线至船舶重心的距离2.3 水的阻力矩由 于 风 对 船 体 产 生 的 阻 力 矩 相 对 与 水 产 生 的阻力矩很小，所以只考虑水产生 的阻力矩 如图 2图 2 船舶中纵剖面所示，船体作定常回转运动时，船体绕经过枢心P的 Z 轴匀速转动，阴影部分为船舶水 线以下中纵剖 面 船 舶 作 回 转 运 动 时，水 所 产 生 的 阻 力 矩 与水 线 以 下 中 纵 剖 面 面 积 和 船 体 形 状 有 关可 以 假设一个矩形，产生的阻转矩与水线以下中纵 剖面面积产生的阻转矩相等此矩形的长与船长L相等，矩形的高度kld,k 1为有效面积系数, d为吃水xp为枢心离船艏的距离，A点与枢心的距离为x,现在分析点A的受力情况，船体 以角速度少绕枢心匀速转动，A点的相对与水的运动速度根据伯努力方程［6］水在A点产生 的压力为P+pgh+l/2pv2=C (2)式中 h——垂线高度，C 常数，当h=0时，取C =0,得P = -1/2pv2(3)则在 A 点处微分矩形产生的力的微分为dF = P d A= Pk1h d x ，(5)在A处微分矩形的力臂为x,产生的力矩微分为dM = x d F = Pk hx d x ，W1水对船体产生的阻力矩为MW= f dMW=f Pklhxdx(6)在船舶定常回转半圈时，船体转动的角度为n ,船体运动的距离为nR ( R为船舶定常回 转半径)，根据两种运动分量的时间相同可以列出方程：式中 k1 是与吃水和船舶形状有关的系数，可认为是一个基本不变的参数， k2 是一个跟枢 心位置有关的参数，船舶作定常回转运动时，枢心位置固定，所以k2也是常数。

CL为舵 的升力系数，与舵角有关 船舶的回转半径跟航速无关(微速航行除外)，与船舶的舵角和 吃水有关3 结论根据试航数据和枢心位置，可以计算出系数kl和k2,然后参照舵的升力系数，根据式(15) 可以计算出任意舵角的船舶定常回转运动半径也可以按照船舶操纵性的需要，利用式(15) 和经验数据，用来确定舵叶面积。