一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法与流程

本发明涉及水动力
技术领域：
，尤其是一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法。
背景技术：
：船舶拘束模型试验是目前获得船舶水动力导数的应用最为广泛的方法，即用机械的约束，强迫船模做规定的运动，如直线运动、拖曳等，在模型试验时，通过系统地改变船模的运动参数，测定作用在船模上的水动力，从而求得各水动力系统。在进行拘束模型试验中的拖曳约束模型试验时，强制船模按一定舵角、一定的姿态角以一定的速度作定常拖曳，用多分力传感器可以测量作用在船模船体上的水动力。船舶在进行拖曳约束模型试验时，船模的运动是一种水平面内的约束模型运动，进行船舶操纵性水动力约束模型试验时，应满足试验速度的傅汝德数相等。在船舶操纵运动中，舵力是仅次于船体力的最重要的水动力，船舶分离型数学模型，是以船体、桨、舵各自的水动力特性为基础，并考虑其间的相互水动力干扰，目前还未有针对船模确定桨对舵的干扰系数的拖曳约束模试验数据处理方法。技术实现要素：本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法，本发明的技术方案如下：一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法，该方法包括：制作船模，并对船模开展敞水舵水动力测试试验确定法向力系数；在不同试验工况下对船模进行拖曳约束模试验并在每次试验时测量作用在船模的舵上的舵力，不同试验工况的螺旋桨转速和舵角存在至少一个不同；对获取到的所有舵力分别进行无因次化处理得到无因次化舵力；针对每个螺旋桨转速，对螺旋桨转速对应的所有无因次化舵力及舵角做拟合曲线，并确定拟合曲线的线性部分直线的斜率和截距；根据每个螺旋桨转速的拟合曲线的斜率以及法向力系数确定舵前来流速度比，确定截距为有效舵角，其中舵前来流速度比为舵前来流速度与船模速度的比值；根据每个螺旋桨转速对应的舵前来流速度比和舵角确定第一中间变量，并根据螺旋桨转速对应的进速系数和推力系数确定第二中间变量；对各个螺旋桨转速对应的第二中间变量和第一中间变量做回归拟合曲线，根据回归拟合曲线的直线斜率和常数项计算得到桨对舵的水动力干扰系数。其进一步的技术方案为，根据每个螺旋桨转速对应的舵前来流速度比和舵角确定第一中间变量，并根据螺旋桨转速对应的进速系数和推力系数确定第二中间变量，包括对于每个螺旋桨转速：按照公式计算得到第一中间变量，其中为舵前来流速度比且urs为当次试验的舵前来流速度、u表示船模速度，δrs为当次试验的有效舵角，w为桨前的伴流分数；按照公式计算得到第二中间变量，其中kt为推力系数，j为进速系数且与螺旋桨转速相关。其进一步的技术方案为，桨对舵的水动力干扰系数包括桨对舵前水流的增速系数k以及舵与桨的位置伴流的差别系数ε，则根据回归拟合曲线的直线斜率和常数项计算得到桨对舵的水动力干扰系数，包括：按照公式k＝b/a计算得到增速系数，按照公式计算得到差别系数，其中，b为回归拟合曲线的常数项，a为回归拟合曲线的直线斜率。其进一步的技术方案为，每次试验时测量得到的舵力为：则对舵力进行无因次化处理得到的无因次化舵力为：其中，ρ为水的密度，a为舵的面积，urs为当次试验的舵前来流速度，fα为法向力系数，δrs为当次试验的有效舵角，δ为当次试验的舵角，u表示船模速度。其进一步的技术方案为，对螺旋桨转速对应的所有无因次化舵力及舵角做拟合曲线，包括：利用δrs-δ代替sin(δrs-δ)对无因次化舵力进行处理得到处理后的无因次化舵力为：对螺旋桨转速对应的所有处理后的无因次化舵力及舵角做拟合曲线，则拟合曲线的线性部分直线的斜率为截距为b＝δrs。其进一步的技术方案为，根据每个螺旋桨转速的拟合曲线的斜率以及法向力系数确定舵前来流速度比，包括确定舵前来流速度比为其进一步的技术方案为，确定法向力系数，包括：在进行敞水舵水动力测试试验时，确定舵的面积a、试验速度uη和试验时的舵角δη和作用在船模的舵上的法向力fη，根据如下公式计算得到法向力系数fα为本发明的有益技术效果是：本申请公开了一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法，该方法针对船模在拖曳水池环境下，通过开展直线拖曳约束模试验获取船模在不同舵角以及不同螺旋桨转速下的拖曳约束模试验数据，通过试验数据近似处理以及回归处理的方法可以确定得到桨对舵的水动力干扰系数，弥补了这一行业的技术空缺，而且操作简单、数据相关性高，且具有良好的工程效果。附图说明图1是本申请公开的桨对舵的水动力干扰系数测定方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。本申请公开了一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法，该方法包括如下步骤，请参考图1所示的流程图：步骤s1，按缩比制作船模，在拖曳水池对船模开展敞水舵水动力测试试验，在试验时，确定舵的面积a、试验速度uη和试验时的舵角δη和作用在船模的舵上的法向力fη，由此按照如下公式计算得到舵的法向力系数fα为：步骤s2，在不同试验工况下对船模进行拖曳约束模试验，在进行拖曳约束模试验时，船模上安装有螺旋桨和舵，不同试验工况下的螺旋桨转速nm和舵角δ存在至少一个不同。在每次试验时测量作用在船模的舵上的舵力f。本申请的不同试验工况下的参数取值以及测量参量的情况如下表的举例所示，本申请以此示意，本申请以3个不同的螺旋桨转速和13个不同的舵角进行试验，螺旋桨转速取自航点附近的3个值作为从而可以产生39个不同的试验工况，由此测量得到39个舵力f。步骤s3，对获取到的所有舵力f分别进行无因次化处理得到无因次化舵力f′，在本申请中，每次试验时测量得到的舵力f可以表示为：其中，ρ为水的密度，a为舵的面积，urs为当次试验的舵前来流速度，fα为上述步骤s1确定得到的法向力系数，δrs为当次试验的有效舵角，δ为当次试验的舵角。则对舵力f进行无因次化处理得到的无因次化舵力f′可以表示为：其中，u表示当次试验的船模速度。步骤s4，针对每个螺旋桨转速nm，对该螺旋桨转速nm对应的所有无因次化舵力f′及舵角δ做拟合曲线f′～δ，并确定该拟合曲线f′～δ的线性部分直线的斜率k和截距b。本申请在进行曲线拟合时，通常不是直接对无因次化舵力f′及舵角δ进行拟合，而是首先对sin(δrs-δ)进行近似处理，通常情况下δrs-δ比较小，因此可以直接利用δrs-δ代替sin(δrs-δ)对无因次化舵力进行处理得到处理后的无因次化舵力为：若δrs-δ比较大，则不能近似处理，此时可以将对应数据进行剔除。对同一个螺旋桨转速对应的所有处理后的无因次化舵力f″及舵角δ做拟合曲线f″～δ，则拟合曲线的线性部分直线的斜率为截距为b＝δrs。步骤s5，根据每个螺旋桨转速的拟合曲线的斜率k以及步骤s1确定的法向力系数fα确定舵前来流速度比为舵前来流速度比即为舵前来流速度urs与船模速度u的比值。确定截距b即为有效舵角δrs。步骤s6，根据每个螺旋桨转速nm对应的舵前来流速度比和舵角δ确定第一中间变量x，并根据螺旋桨转速nm对应的进速系数j和推力系数kt确定第二中间变量y。在本申请中对于每个螺旋桨转速：按照公式计算得到第一中间变量x，w为桨前的伴流分数，采用螺旋桨敞水试验结果。按照公式计算得到第二中间变量y，j为进速系数，kt为推力系数，采用螺旋桨的敞水试验结果，j与螺旋桨转速nm相关，具体计算公式为通用公式，本申请不详细示出。步骤s7，对各个螺旋桨转速对应的第二中间变量和第一中间变量做回归拟合曲线，可得回归拟合曲线的直线斜率a以及常数项b。具体做法可以是将各个螺旋桨转速对应的相应进速系数j下的第一中间变量x和第二中间变量y列于下表，做y～x回归拟合曲线，比如在本申请中对应于步骤s2中所示的各种试验工况，列得的表格可以是：螺旋桨转速nm进速系数jxyn1n2n3步骤s8，根据回归拟合曲线的直线斜率a和常数项b计算得到桨对舵的水动力干扰系数，桨对舵的水动力干扰系数包括桨对舵前水流的增速系数k以及舵与桨的位置伴流的差别系数ε，则按照公式k＝b/a计算得到增速系数，按照公式计算得到差别系数。以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12