哈工程船舶控制原理的课件.ppt
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- 工程 船舶 控制 原理 课件
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1、船舶控制原理船舶控制系统实验室外界干扰外界干扰 海风海风 海浪海浪 海流海流控制装置控制装置舵、减摇鳍、螺旋桨舵、减摇鳍、螺旋桨船舶六自由度的运动船舶六自由度的运动船舶运动学船舶运动学/动力学模型动力学模型典型的控制系统典型的控制系统船舶控制系统的原理课程的主要内容n2.船舶基础知识n3.船舶力学n4.海风、海浪、海流n5.航向控制系统n6.横摇控制n7.航速控制n8.高性能船舶的控制1.知识准备n多学科交叉n力学:理论力学、水动力学n数学:随机过程n液压控制基础n控制理论:自动控制原理、现代控制理论n船舶:船舶静力学、动力学 船舶耐波性-减摇装置 船舶操纵性-舵 船舶推进-螺旋桨2.授课方式
2、n学时:学时:40学时n课程性质:课程性质:专业选修课n讲授方式:讲授方式:专题方式+实例分析n课后给出本章重点n考试方式:考试方式:闭卷3.主要内容n船舶动力学综述 理解n海浪、海风及海流 掌握关键点n海浪、风和海流对船舶的扰动力和扰动矩 掌握关键点n船舶运动控制原理 重点n船舶运动控制模型及控制系统的实现方法 重点2.1 船舶分类n按用途分类:民用船、军用船民用船、军用船 n民用船民用船(运输船舶和作业船舶运输船舶和作业船舶)运输类船舶:油轮、客滚船、集装箱船、矿石运输船、快艇、游艇,LNG(液化天然气)船等 作业类船舶:渔业船舶、工程船舶、海洋开发船舶、拖带船舶、港作船舶、农用船舶,n军
3、用船:战斗舰艇和辅助舰艇军用船:战斗舰艇和辅助舰艇。(快艇、护卫舰、驱逐舰、巡洋舰、航母等)(航标船、布缆船、勤务船、电子侦察船、勘查船、补给船、车辆运输船等)chp2.船舶基本知识n按航行区域划分:极地船舶、远洋船舶、近海船舶、江海直达船舶、内河船舶和港湾船舶。n按航行状态划分按航行状态划分:滑行艇、水翼艇、气垫船、小水线面船、冲翼艇、地效应船。n按动力装置划分按动力装置划分:蒸气动力船、内燃机动力船、核动力船、电力推进船等。n按推进方式划分按推进方式划分:螺旋桨船、平旋推进器船、喷水推进船、明轮船等。n按船体材料划分按船体材料划分:钢质船、铁质船、木质船、玻璃钢船、铝质船、钢丝网水泥船、混
4、合结构船等。还可按上层建筑、船体结构型式、船体线型等分类。2.2 船型2.2.1 2.2.1 船体线型船体线型 定义:为减小船舶航行时的阻力,船体的表面一般都呈流线型的不规则光滑曲面,称为船体线型船体线型。描述方法:型线图、型值表 型线图是在三个相互垂直的投影面上,以船体外型表面的截交线、投影线和外廓线表示船体外型的图样。型线图上所表示的船体形状包括外板型表面的形状和甲板型表面的形状。型线图组成:纵剖线图、横剖线图和半宽水线图。型值表一般也放在型线图上,主要供船舶性能计算和建造放样用。型线图的基平面(1).纵中剖面n 纵中剖面是通过船长中心线的一个垂直基面的垂直平面。n把船舶分为左右对称的两部
5、分。自船尾向船首看,左手的一侧称为左舷,右手的一例称为右舷。n纵中剖面与船体表面的交线称为纵中剖线。n它反映了船舶的侧面形状,包括甲板线,龙骨线及船舶艏艉的外形轮廓线。(2).设计水线面n 设计水线面设计水线面是通过船舶设计水线(对民用船舶来说通常是船舶满载时的吃水线)的一个水平面;n它把船舶分为水上与水下两部分。设计水线面同纵中剖面垂直。n它与船体表面的交线称为设计水线设计水线。(3).舯横剖面(中站面)n舯横剖面是通过船长中点处的一个横向垂直平面。n它把船舶分成前体和后体前体和后体两部分。n舯横剖面与船体表面的交线称为舯横剖线舯横剖线。n大体反映了船体的正面形状(从船的船部正面向船的艉部看
6、),包括甲板横梁线、船底线和舷侧线。船体型线的投视纵中剖面相当子三视图中的正面设计水线面相当于水平面。而舯横剖面就相当于侧面。n 纵中剖面、设计水线面和舯横剖面,只是表示了船体的外形轮廓它远不能完整地表示出船体的真实形状;n因为船体表面是光顺的双向曲面,船、艉、船、艉、上、下变化很大;上、下变化很大;n为了能精确地表示出船体的曲面变化情况还必须用许多同上述纵中剖面、设计水线面和舯横剖面相平行的,等距离的三组若干辅助平面来剖切船体表面,并将各个辅助平面与船体表面的交线画出来;n平行于纵中剖面的各个平面与船体表面的交线称为纵剖线。它在纵中剖面上的投影为表示船体真实形状的曲线,而在另外两个面上的投影
7、为直线;n平行于舯横剖面的各个平面与船体表面的交线称为横剖线;n平行于设计水线面的各平面与船体表面的交线称为水线。n 线型图的三个视图分别称为:n1)纵剖线图;n2)半宽水线图,因为船体左右舷是对称的,所以水线只要画出半面就可以了;n3)横剖线图(又称体型图),由于横剖线也是左右对称的,所以也只要画出半面就可以了。2.2.2 2.2.2 船体主尺度船体主尺度度量船体外型大小的基本度量,简称主尺度主尺度(1)(1)船长船长L L:(2)(2)型宽型宽B:(3)B:(3)型深型深 D:(4)D:(4)吃水吃水 d:(1).船长n般分船的总长、垂线间长和设计水线长三种1)总长LoA:船船艏端至艉端的
8、最大水平距离。2)垂线间长Lpp:又称两柱间长,是指船舶艏垂线与艉垂线间的水平距离,所谓艏(或艉)垂线是指通过艏柱前缘(或艉柱后缘,无艉柱船舶则为舵杆中心线)与设计水线交点所作的垂线。3)设计水线长Lwl:是指设计水线与艏艉轮廓线交点之间的水平距离。n 在一般情况下,船长是泛指设计水线长或垂线间长,用符号L表示。(2).型宽Bn在船舶最宽处,由一舷肋骨外缘到另一侧舷肋骨外缘之间的横向水平距离,用符号B来表示,也称船宽。一般民用船舶,可在船的舯横剖面内来量取。(3)型深Dn 是指船在舯横剖面内自基线自基线(通过龙骨线与舯横剖线交点所作的同设计水线平行的直线)量到上甲板边线上甲板边线(甲板板的内表
9、面)的垂直距离。用符号D表示。(4)吃水n 是指船在中横剖面内(中站面)自基线量到设计水线的垂直距离用符号d表示。吃水对船舶稳性、抗沉性、船体强度、船舶阻力和操纵性等均有较大的影响。n如果船有纵向倾斜(称为纵倾),则船舱和船舶的吃水不同,分别称为艏吃水艏吃水和艉吃水艉吃水,而船在舯横剖面内的吃水就称为平均吃水平均吃水。n还分空船吃水、设计吃水(通常指满载吃水)、压载吃水、实际吃水。主尺度比值n长宽比L/B:同船的快速性、航向稳定性、回转性有关(适航性)n型宽吃水比B/d:与船舶的初稳性、快速性、航向稳定性有关n型深吃水比D/d:同船的大倾角稳性、抗沉性、纵向强度和船舶容积性能有关。n长深比L/
10、D:与船舶纵向强度有关。n船长吃水比L/d:与船舶的快速性和航向稳定性有关。n型宽深度比B/D:与船体的强度和稳性有关。n前三个为相互独立的主尺度比,后三个可以推导出来。2.2.3 2.2.3 船型系数船型系数 表示船体水下形状肥瘦程度的无因次系数,与船舶航行性能有密切关系。其中有:n水线面系数-反映设计水线面两端的瘦削程度;n中横剖面系数-反映中横剖面的饱满程度。n方型系数-表示水下部分总的肥瘦程度;n棱形系数-反映船体水下部分的体积沿船长的分布情况;船型系数(1)水线面系数Cwn 它是设计水线面积Aw与其外接长方形面积LwL*B的比值WWWLACL B反映设计水线面两端的瘦削程度;n 水线
11、面系数的大小反映了设计水线面两端的尖削反映了设计水线面两端的尖削程度。程度。其大小对船舶的快速性和甲板面积等有影响。n各类不同的船舶,它的设计水线面形状也是不同的。n杂货船:0.80.9;客船、集装箱船0.7系数大,货船等,容积大,航速小系数小,军舰等,容积小,航速大(2).中横(舯)剖面系数CMn舯剖面系数为设计水线下船的舯横剖面面积AM与长方形面积B*d的比值。MMACBdn 肿剖面系数的大小反映了中剖面的饱满程反映了中剖面的饱满程度度(肥瘦程度肥瘦程度),与船舶快速性和耐波性有关。n一般内河船舶和大型货船的航速较低,其肿剖面都较丰满。两舷较直,底部平坦平。n速度较高的船舶,其设计水线下的
12、舯剖面,船底自船中向舭部升高较大,肿剖面系数就显得较小,n舭部升高有利于舱内污水向船中部集中排除,以减少船舶搁浅时船底的损坏范围。几种典型的舯剖面(3)方形系数CBn方形系数为设计水线下船的体积V与长方体体积上LWL*B*d的比值。BWLVCLBdn 方形系数的大小反映了船舶水部分总的肥瘦程度。值大,则表示船的水下线型较为饱满,值小,水下线型就较瘦削。杂货船:0.680.8;客船、集装箱船:0.50.7。n对船舶排水量、舱室容积、快速性、耐波性等有关系。(4)棱形系数Cpn 棱形系数为设计水线下船的体积V与剖面积AM、长为L的棱柱体体积的比 n该棱形系数实际为纵向棱形系数;n棱形系数的大小反映
13、船舶水下形状沿船长方向变化的情况;n值大表示船体线型沿船长分布得比较均匀;n值小表示船体线型中部饱满而两端瘦小。n该值对船舶的快速性、耐波性等有影响。垂向棱形系数n船体的排水体积与吃水d和水线面积Aw的乘积形成的垂向棱柱体积之比。表征了排水体积沿船舶垂直方向的分布。vpwVCdA,BBpvpMWCCCCCCn说明:1.不同船型系数及其大小,对船舶航海性能和使用性的影响不同。2.上述船型系数是随着船舶吃水变化的,并不是一个静态系数。3.通常指设计吃水条件下的相关系数。4.这其中水线面系数、中横剖面系数和方形系数是独立的,其它系数可以推导出来。5.利用船舶的主尺度比和船型系数,可以计算在某一吃水条
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