航海模拟器用平旋推进器驱动船舶的运动数学模型制造技术

技术编号:4221972 阅读:813 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种航海模拟器用平旋推进器驱动船舶的运动数学模型,通过操作硬件设备(X-Pitch和Y-Pitch)获得VSP桨的等效螺距比以及VSP桨产生的总推力在船体纵向、横向分解力的百分数,利用已公开的VSP桨第一象限图谱计算总推力的大小,将分解力的百分数乘以总推力即可得到在纵向、横向、首摇上的分力(矩)。将上述得到的VSP桨推力(矩)作为外力叠加到船舶运动方程中,采用四阶龙格-库塔积分得到VSP船舶运动的态势,提供给航海模拟系统的其他模块。将所建VSP桨船舶运动数学模型应用到航海模拟器中,与硬件设备相结合,实现了人机交互,增加了系统中船模数据库的多样性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种航海模拟器用平旋推进器(Voith-Schneider Propellor,简 称VSP)船舶的运动数学模型。
技术介绍
平旋推进器是Voith公司申请的设计专利,又称为直叶推进器或摆线推进器。它 是一种装有垂直机翼的圆盘式推进器,垂直机翼之间是互相平行的,并与圆盘的转动轴平 行,桨叶绕自身转轴自转的同时绕圆盘转轴公转,能产生任意方向的推力,因此,平旋推进 器兼有舵的作用,节省了空间。同时,因其可以不改变主机的转动方向而产生方向可以改变 的推力,目前在港作拖轮和对操纵性能要求特殊的船舶上普遍采用平旋推进器,如扫雷艇 (MCMV)、摆渡船等。 国内学者通过理论计算方法和试验测试方法等进行了平旋推进器推力系数和扭 矩系数的研究。理论计算主要利用机翼理论对平旋推进器的水动力性能进行研究。试 验测试主要通过水池对平推桨模型进行推力系数和扭矩系数的测试。文献中利用文 献实验图谱对配备平旋推进器的拖轮进行了建模。日本学者Kaname Taniguchi通过假 定VSP桨纵向为均匀来流进行了 VSP桨推力的近似数值计算,并给出第一象限图谱。在 航海模拟器中人需要通过对硬件设备或模拟软面板的操作,实现人机交互,因此上述学者 的研究成果,不适合直接在航海模拟器中应用。先前,适合航海模拟器用平旋推进器(VSP) 的数学模型研究已取得初步成果,将文献取得的成果与航海模拟器中的硬件操作 控制相结合是本专利技术专利的主要技术难点。 参考文献 朱典明.摆线推进器的理论计算方法.哈尔滨船舶工程学院学报,1982, (1) :1-27 张洪雨邢国英.摆线推进器任意方向角的水动力计算方法研究.水动力学 研究与进展,2005, A20(4) :472-478 张洪雨徐玉如黄薇莉等.摆线推进器水动力性能研究.海洋工程,1998, 16(3) :27-35 张洪雨朱典明.三元非定常运动机翼流体动力特性的实验研究.哈尔滨船 舶工程学院学报,1991. 高孝日.平旋推进拖船的运动建模与仿真.大连大连海事大学.2008. 03 Kaname Taniguchi, Approximate Solution of Vioth-Schneider Propeller 造船协会会报,第74号.昭和19年4月. Zhangxifueng(本专利申请人),Jin Yicheng, YinYong, Voith Schneider PropellerModel and Used in the Tug Moving Simulation, Asia Simulation Conference The Sixthlnternational Conference on System Simulation and Scientific Computing(Beijing)ICSC' 05,2005. 102/7页 Zhang Xiufeng(本专禾U申请人),YIN Yong, JIN Yicheng, THE MOVING MATHEMATICALMODELS OF TUG WITH VOITH SCHNEIDER PROPELi^R , Marine and simulation technology(Marsim2006). 2006. 06 「9ihttp:〃www. voithturbo. com/marine
技术实现思路
为了解决现有技术中没有适合航海模拟器应用的平推桨驱动船舶运动数学模型 的问题,本专利技术依据平旋推进器的性能以及产生的推力与扭矩,结合已公开的理论计算和 水池试验结果进行建模,通过操作硬件装置或模拟软面板,实现人机交互,开发出适合航海 模拟器用平旋推进器驱动船舶的运动数学模型,包括平推桨等效螺距比确定、相关图谱的 应用等内容。 本专利技术采用与实船控制设备外形、功能一致的操作设备,提供纵向控制变量 (X-Pitch)和转向控制变量(Y-Pitch),确定控制点N的位置和ON的大小,进而确定平旋推 进器(VSP)的等效螺距比,求出平旋推进器(VSP)发出的总推力,计算VSP桨产生的总推力 在X-Y方向上的分力百分数,利用已公开的图谱,获得平旋推进器的推力系数和扭矩系数, 从而获得平旋推进器在纵向和横向上的分力,采用匪G分离建模思想将其叠加在船舶操纵 性运动方程的右边,完成建立航海模拟器用VSP桨驱动船舶的运动数学模型。 本专利技术的有益效果为开发了适合航海模拟器应用的平旋推进器数学模型和装备 平旋推进器的船舶运动数学模型,使得航海模拟器船舶运动数学模型种类多样化,弥补没 有平旋推进器船舶运动数学模型的缺憾,满足航海教学培训和不同目的科研的要求。附图说明 图l为VSP桨控制点 图2为X方向推力百 曲线l为X-pitch: 曲线2为X-pitch : 曲线3为X-pitch: 曲线4为X-pitch : 曲线5为X-pitch : 曲线6为X-pitch : 曲线7为X-pitch : 曲线8为X-pitch : 曲线9为X-pitch : 曲线10为X-pitch 曲线11为X-pitch 曲线12为X-pitch 曲线13为X-pitch 图3为Y方向推力百 曲线1为Y-pitchN的位置图。分数随硬件控制装置Y-Pitch变化曲线族。其中, 1.0时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0.8时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0.6时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0.5时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0. 4时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0.2时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 0.0时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 -0.2时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线; -0. 4时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线; =-0.5时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 =-0.6时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 =-0.8时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 =-1.0时,X方向推力百分数随Y-pitch变化的曲线 分数随硬件控制装置X-pitch变化曲线族。其中, 1.0时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线;4曲线2为Y-pitch =曲线3为Y-pitch =曲线4为Y-pitch =曲线5为Y-pitch =曲线6为Y-pitch =曲线7为Y-pitch =曲线8为Y-pitch =曲线9为Y-pitch =曲线10为Y-pitch =曲线11为Y-pitch =曲线12为Y-pitch =曲线13为Y-pitch =0.8时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线0.6时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线0.5时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线0. 4时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线0.2时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线0.0时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线-0.2时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线;-0. 4时,Y方向推力百分数随X-pitch变化的曲线;=-本文档来自技高网
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【技术保护点】
航海模拟器用平旋推进器驱动船舶的运动数学模型,其特征在于:采用与实船控制设备外形、功能一致的操作设备,提供纵向控制变量(X-Pitch)和转向控制变量(Y-Pitch),确定控制点N的位置和ON的大小,进而确定平旋推进器(VSP)的等效螺距比,求出平旋推进器(VSP)发出的总推力,计算VSP桨产生的总推力在X-Y方向上的分力百分数,利用已公开的图谱,获得平旋推进器的推力系数和扭矩系数,从而获得平旋推进器在纵向和横向上的分力,采用MMG分离建模思想将其叠加在船舶操纵性运动方程的右边,完成建立航海模拟器用VSP桨驱动船舶的运动数学模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张秀凤金一丞尹勇张显库刘秀文任俊生孙霄峰任鸿翔张百安张新宇谷伟马烈李志华
申请(专利权)人:大连海事大学
类型:发明
国别省市:91[中国|大连]

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