為了掌握高海況下艦船的縱搖運(yùn)動(dòng)規(guī)律并對其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào),分析了艦船的縱搖運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)用譜分析原理和頻率響應(yīng)法,分別在4級、5級和6級海況下,根據(jù)海浪譜密度函數(shù)和艦船的縱搖頻率響應(yīng)函數(shù),求得其縱搖運(yùn)動(dòng)譜密度函數(shù);再運(yùn)用公式推導(dǎo),得到其縱搖運(yùn)動(dòng)的時(shí)域函數(shù);使用MATLAB仿真軟件對艦船進(jìn)行縱搖運(yùn)動(dòng)仿真,得到3種高海況條件下的艦船縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)域函數(shù)圖像,并驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。仿真結(jié)論:在高海況下,海況等級對艦船縱搖影響顯著,海況等級越高,艦船縱搖的角度值范圍就越大。以某型艦船為例的預(yù)報(bào)結(jié)果:在4級海況下,艦船縱搖的幅度在±6°之間;在5級海況下,艦船縱搖的幅度在±15°之間;在6級海況下,艦船縱搖幅度可以達(dá)到±30°之間。 

【文章來源】：數(shù)字海洋與水下攻防. 2020,3(04)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

輸入與輸出的轉(zhuǎn)換Fig.1Conversionofinputandoutput

第4期張鈺，等：基于譜分析原理和頻率響應(yīng)法的艦船縱搖運(yùn)動(dòng)分析·317·速度；U為離海面19.5m處的風(fēng)速。本文采用式（13）作為海浪譜密度公式。4縱搖運(yùn)動(dòng)分析4.1運(yùn)動(dòng)方程的建立與求解運(yùn)用切片法[8]對船舶在波中的縱搖和垂蕩的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。在分析船體某切片的受力前，首先對其切片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，當(dāng)船體作為小幅度縱搖和垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以認(rèn)為船體切片作垂向運(yùn)動(dòng)。對運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系G-XYZ中X處船體橫剖面的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，見圖2所示。切片隨重心上升了z，由于縱搖下降了Xsin，近似為X。此時(shí)剖面出的波面坐標(biāo)為ζ，根據(jù)式（15）求得該剖面與波面的垂向相對位置為RzzX（15）圖2船體橫剖面切片的運(yùn)動(dòng)Fig.2Motionofthehullcrosssection當(dāng)波浪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致切片受到外力并引起切片運(yùn)動(dòng)時(shí)，在對其進(jìn)行分析時(shí)需要考慮流場內(nèi)史密斯效應(yīng)的影響因素[9]。本文使用等效波對其進(jìn)行計(jì)算，而不是直接用表面波的升高來進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中，通常將等效波的深度用其切片平均的吃水深度來表示[10]。因此，若水線以下切片面積為S，切片寬度為2b，則平均吃水為2mSTb（16）可知其等效波面方程為*ecos(cossin)mkTAekxkyt（17）對于切片來說，有3種流體動(dòng)力作用在垂向運(yùn)動(dòng)的切片上，其中包括流體靜力、興波阻力以及附加慣性力。首先，考慮流體靜力，由于切片吃水的變化，單位長度的上浮力為*1F2gb(zX)（18）其次，考慮興波阻力，對式（15）進(jìn)行微分可以得到切片垂向速度**dd()ddRXzzXzXtt（19）當(dāng)船在以速度V在水中前進(jìn)時(shí)，在半固定坐標(biāo)系上觀察船的運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于觀察該

·320·數(shù)字海洋與水下攻防第3卷4.4基于MATLAB的縱搖運(yùn)動(dòng)仿真根據(jù)上述海況條件，基于MATLAB軟件對某型艦船進(jìn)行縱搖運(yùn)動(dòng)仿真。取采樣頻率f=50Hz，分別對4級，5級和6級海況下UUV的縱搖幅度進(jìn)行隨機(jī)仿真，得到如下結(jié)果，如圖3-5所示。其橫坐標(biāo)為時(shí)間t/s，縱坐標(biāo)為縱搖幅度的角度值Ψ（t）/（°）。圖34級海況下艦船縱搖幅度Fig.3UUVpitchamplitudeatseastate4圖45級海況下艦船縱搖幅度Fig.4UUVpitchamplitudeatseastate5圖56級海況下艦船縱搖幅度Fig.5UUVpitchamplitudeatseastate6為了驗(yàn)證縱搖運(yùn)動(dòng)仿真的準(zhǔn)確性，本文利用由圖3-5中縱搖幅度時(shí)域函數(shù)求得的縱搖譜密度函數(shù)與根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到的縱搖譜密度函數(shù)1()pS、2()pS、3()pS進(jìn)行對比。對比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3088411