[发明专利]一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法

说明书

本发明公开了一种桨对舵的水动力干扰系数测定方法，涉及水动力技术领域，该方法针对船模进行拖曳约束模试验获取相关试验数据，通过数据回归处理得到无因次化舵力与舵角的拟合曲线的线性部分直线的斜率和截距，利用该斜率和法向力系数可以确定舵前来流速度比，利用截距可以得到舵角，再基于舵前来流速度比和舵角进行数据回归数据即可得到桨对舵的水动力干扰系数，该方法弥补了行业的技术空缺，而且操作简单、数据相关性高，且具有良好的工程效果。

技术领域

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。

发明内容

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U_Rs为当次试验的舵前来流速度、U表示船模速度，δ_Rs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K_T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。