船舶动力学ppt课件.ppt
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1、第一部分 船舶动力学,自动化学院船舶控制系统实验室,本章要求,难度:较高要求:理解题型:问答学时:3学时,船舶 坐标系 坐标系转换船舶运动方程建立方法作用于船的力和力矩类型恢复力和恢复力矩的概念线性化的原因及方法无因次的原因及方法,本章内容,1.0 前言,风浪等环境因素的影响螺旋桨、舵等船舶自身各种推动和控制作用船的外形复杂,船的运动复杂,研究 船舶运动控制系统,建立船的运动方程,1.0 前言-思路,以牛顿定律为基础 建立坐标系 运动学 及 动力学 方程 分析力 和 力矩考虑到线性理论的成熟及方程的复杂性 -线性化 无因次化,1.1 船舶运动分析中的坐标系,目的 船舶运动及受力,船舶每一时刻的
2、运动参数:方向和大小,使用船舶运动控制的坐标系,X,Y,Z,E,地面坐标系,船体坐标系,坐 标 系,运动分解,横荡,横摇,纵荡,纵摇,垂荡(升沉),艏摇,标准符号,教科书第2页,E-三维直角坐标系,E为原点,可取地面或是海面上任何一点;E轴指向地心, E 轴和 E 轴相互垂直且在水平面上,方向可任选;E-是一个惯性坐标系;惯性坐标系-牛顿动力学定律-物体的运动和受力情况。,1.1.1 地面坐标系-静坐标系,1.1.2 船体坐标系-动坐标系,原点O取船体上任意一点,纵轴Ox平行于船舶横摇轴并指向船首,横轴Oy平行于纵摇轴并指向左舷,垂直轴Oz指向船体。O-xyz构成一个左手坐标系常将O取在船舶重
3、心上Ox 横摇轴 Oy纵摇轴 Oz首摇轴 不是惯性坐标系,船舶六个自由度的运动,沿三个坐标轴的直线运动围绕三个坐标轴的旋转运动 船舶的六个自由度的运动,1.1.3 坐标系的变换,船舶在海洋中任何一点的位置和姿态。通过 (1) 船体坐标系原点O在地面坐标系上的坐标值(000);(2) 船体坐标系相对于地面坐标系的三个姿态角来确定。 艏摇角 纵摇角 横摇角,1.1.3 坐标系的变换,船体坐标系中坐标-地面坐标系线性平移 E移动至O 旋转 旋转 ,1.1.3 坐标系的变换,讨论静坐标系和动坐标系的转换关系假设两坐标系原点E和O重合取3个不同的轴旋转三次使两坐标重合,初等坐标转换,1.1.3 坐标系的
4、变换,1.1.3 坐标系的变换,1.1.3 坐标系的变换,1.1.3 坐标系的变换,在两个坐标系中进行角速度转换从罗经上读到的航向是相对地面坐标的船舶上的角速度陀螺测量是船体坐标系中船舶摇摆角速度转换关系如公式(1.1.5)和公式(1.1.6),1.2 船舶运动方程的建立,动力学基本原理 船体坐标系内的六自由度运动方程船舶 为一定质量和质量分布的刚体,1.2 船舶运动方程的建立,牛顿第二定律,1.2.1 作用于船舶的微元上的速度和加速度,在船舶上任取一微元Si,设它的体积为Si,在船体坐标系中的坐标为(x,y,z),设Si相对于地面坐标系的速度矢量为Vi,1.2.1 作用于船舶的微元上的速度和
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