[发明专利]航海模拟器用KaMeWa型喷水推进水翼船运动数学模型

摘要

本发明涉及航海模拟器用船舶运动数学模型的构建，尤其是涉及一种航海模拟器用KaMeWa型喷水推进水翼船运动数学模型的构建。首先根据水翼的水动力特性，建立了考虑水翼浅浸效应的水翼升力、水翼攻角、水翼惯性力的计算方法，然后考虑船舶外界风浪干扰的影响，建立了水翼处波面的计算方法，并拟合船体的横剖面图，在变吃水情形下实时计算船体参数浮心位置、浮力、水线面面积和水线长度，该模型也包括了倒航戽斗的KaMeWa型喷水推进单元的水动力的计算方法。采用本发明的数学模型，能够满足航海模拟器在培训和科学研究中对多种操纵工况和外界风浪干扰条件下对KaMeWa型喷水推进水翼船操纵的需要。

主权项

1、航海模拟器用KaMeWa型喷水推进水翼船运动数学模型，其特征在于：首先根据水翼的水动力特性，建立考虑水翼浅浸效应的水翼升力、水翼攻角、水翼惯性力的计算方法；然后根据外界风浪对船体干扰的影响因素，建立水翼处次波面的计算方法，并拟合船体的横剖面图，在变吃水情形下实时计算船体参数浮心位置、浮力、水线面面积和水线长度，该模型还包括倒航戽斗的KaMeWa型喷水推进单元的水动力的计算方法；该KaMeWa型喷水推进水翼船运动数学模型如下：(m+mx)u·-(m+my)vr=XH(β,r)+XJ+XB(m+my)v·+(m+mx)ur=YH(β,r)+YJ+YB(Izz+Jzz)r·=NH(β,r)+NJ+NBm(ξ··+uθ·)=Σi=12(Ffi+Ffpi)+▿cosθ+2FH+mgcosθIyyθ··=-Σi=12(xfi-xG)(Ffi+Ffpi)-(xb-xG)▿cosθ-2(xH-xG)FH]]>其中：m为船舶的质量，m_x为沿X向的附加质量，为沿X轴方向的船舶运动加速度，m_y为沿Y向的附加质量，v为沿Y向的船舶速度，r为转首角速度，X_H(β，r)为船体上在X轴方向受到的水动力，β为漂角，X_J为KaMeWa型喷水推进器在X轴方向的作用力，X_B为倒车戽斗在X轴方向的作用力；为沿Y轴方向的船舶运动加速度，u为沿X轴方向的船舶运动速度，Y_H(β，r)为船体上在Y轴方向受到的水动力，Y_J为KaMeWa型喷水推进器在Y轴方向的作用力，Y_B为倒车戽斗在Y轴方向的作用力；I_zz和J_zz分别为绕Z轴的转动惯量和附加转动惯量，为转首角加速度，N_H(β，r)为绕Z轴方向船体受到的水动力矩，N_J为KaMeWa型喷水推进器绕Z轴方向的作用力矩，N_B为倒车戽斗绕Z轴方向的作用力矩；为船舶垂荡运动加速度，ξ为船舶在垂直于水平面方向的上浮量，为船体纵摇角速度，F_fi为由水翼产生的力，F_fpi为由襟翼产生的力，为船体的浮力，θ为船体的纵倾角，F_H为船体引起的升力，g是重力加速度(9.8米/秒²)；I_yy为船体相对于通过船体重心的Y轴的转动惯量，为船体纵摇角加速度；|x_fi|、|x_G|、|x_b|、|x_H|分别是水翼升力、船体的重力、浮力作用点和船体的升力作用点到船中的距离；x_fi、x_G、x_b和x_H符号的确定：相对应的作用力作用点如在船中之前，取“+”号；在船中之后，取“-”号；约定具有右下标i＝1的量与前翼相关，下标i＝2与后翼相关。