船舶运动6中状态

船舶在波浪中

的運動綱要簡介操縱數學模式運動數學模式簡介船舶在海上行進時的反應是一個非常複雜的非線性現象，因為不只有波浪作用力，同時船本身也有一個前進的動力存在。規則波T單方向不規則波T多方向不規則波

操縱數學模式使用日本MMG(MathematicalModelingGroup)流力模式。船舶、螺槳、舵單獨性能為基礎再加上三者的擾動效應。船舶、螺槳、舵單獨性能為基礎再加上三者的擾動效應。SurgeSurgeSwayHeave運動方程式如果將定在船體重心「X=m(u+wp-vr)Y=m(y+ur-wp)Z=m(w+vp-uq)

RollPitchYawEngineK=Ip+qr(IRollPitchYawEnginex zy<M=Iq+rp(I-1)N=/r+pql-I)z yxv+1)n=Qprop ps不考慮起伏(heave)、縱搖(pitch)X=m(u-vr)<Y=mG+ur)角速度'p仝©<q=6»r=q)重心速度相對於空間固定座標的轉換X=ucosq-vsinqY=usinq+vcosqio重心速度相對於水的速度轉換成相對於地球的速度。船舶-流體力與力矩，附加質量和黏滯度影響流體力係數可視為只與船舶之瞬間運動狀態有關，此即所謂的準定態(quasi-steady)處理方式。考慮橫搖運動+X0(u)X=-mU+mvr+]pLU2fX'v'2+XV'r'+X0(u)H x y 2 Ivv vr rr vvvvY=-mv-mur+1pL2U2(Y卩+Y'r'+Y'+Y、H y x 2 (B r N PCLL丿N=-Jr+1pL3U2fN卩+Nrf+Nf+N]H zz2 fB r N_ PCLL丿K=-Je-NG)-m-GZG)-YZH xx HHU：重心移動速度m：縱移附加質量xm：橫移附加質量yJ：平擺附加質量慣性矩zzJ：橫搖附加質量慣性矩xxX'、X'、X'、X':由於船舶平面運動所引起之阻力增加係數vvvrrrvvvvX(u):船舶直進阻力0y'、y':線性流體阻尼力係數0rN、N':線性流體阻尼力矩係數0rY':無因次非線性流體阻尼力NLN':無因次非線性流體阻尼力矩NLYf :橫搖運動所引起的橫移力ROLLN:橫搖運動所引起的平擺力矩ROLL-N()：橫搖阻尼力矩Z:船體流體橫移力作用點與重心G的垂直距離HZ=h+OGHHh:船體流體橫移力作用點與水面的垂直距離H螺槳-螺槳力與力矩，螺葉數目和展開面積比影螺槳在四個象限中之推力與扭力可表示為下：X=(1一t)1pRu(1-X=(1一t)1pRu(1-p p2 /Q=-2jiJ n-〕p pp 2p」 p4QptpIpJ(1-o)」2+(0.7jjnD)0DC卩

2l p」 p4pqp其中/為推力減少係數,J為螺槳附加極慣性矩(addedpolarmomentpppofinertia)。舵-舵力與力矩，舵形和有效入流速度及攻角影X=-(1-t)Fsin5R RNY=-(1+a)Fcos5R HNN=-(x+ax)Fcos5R R HHNK=-(z+az)Fcos5R R HHNt：舵之阻力減少係數Ra：舵之額外橫向力與橫向力之比值Hx:橫向力作用點的x座標Rx:額外橫向力作用點的x座標HZ:橫向力作用點的Z座標RZ:額外橫向力作用點的Z座標H5:舵角Fn:舵的正向作用力(normalforce)

主機-類型低速柴油機之扭矩特性Qn=0forQ)n<0forEmax其中主機-類型低速柴油機之扭矩特性Qn=0forQ)n<0forEmax其中(q)為主機扭矩極限。Emax(Q) >QE、nax PQ) <QEnax P蒸汽渦輪機轉速與扭矩關係n*fPS*]PS(NOR丿13nNOR_[PS*]一PS(NOR丿(-n+2n ) NR-n*+2nk NOR丿23QNORQ*PS主機馬力PS主機產生之馬力其中下標NOR表示常用輸出。運動數學模式運用薄片理論(Striptheory)作為數值模式的基礎。應用來分析船體在規則波下運動的方法，假設受力行為為線性，可以合理精確的計算出受力行為。座標系O-XYZ空間固定座標系；而o-xyz為固定於船體之移動座標系。‘X_x+UtY_yZ_z邊界條件LaplaceEq.V2①=0LineariziedFreeSurfaceConditiong悅+U£严等BottomCondition~dzRadiationConditionlim負ik^=0yT±8KinematicBoundaryCondition唇Vdn n流體質點在表面的法向速度即船體對應速度運動方程式細長船體對稱，所以縱移(surge)先可忽略。-e2jkjkjk•耳=FkEXe-iet冬為船體附加質量(addedmass)弓k為船體流體動力阻尼(damping)环為船體恢復力(restoringforce)f号為船體激盪力(excitingforce)-02(x+A)-ioB+C3333—02A—ioB+C53535333-02Cx+A)-/oB(22

-02M- -ioB4242—o2A—ioB+C353535-o2(I +A)-ioB+555555-o2(A-24-o2(I +A)-ioB444444-o2A-i