船舶状态在波浪中 的運動 綱要 ? 簡介 ? 操縱數學模式 ? 運動數學模式 簡介 ? 船舶状态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， 同時船夲身也有一個前進的動力存在 ? 規則波 單方向不規則波 多方向不規則波 ?? 操縱數學模式 ? 使用日 本 MMG( Mathematical Modeling Group)流力模式。 ? 船舶状态、 螺槳、 舵單獨性能為基礎再加上三者的擾動效應 ? 只考慮船舶状态縱移(surge)、 橫移(sway)、 平擺(yaw)、 橫搖(roll)。 座標系 ? 空間固定座標 ? 船體固定座標 ? 船體固定座標與水面平行 ? 地球公轉與自轉效應忽略。 運動方程式 ? 如果將 定在船體重心 上 O???? G??? HeaveXm uw pvrS urgeYmvurw pS w ayZm wvpuq?????????????????? ? 不考慮起伏(heave)、 縱搖(pitch) ????? ??? 角速度 p??????? ? 重心速度相對於空間固定座標的轉換 cosXuv????? ? 重心速度相對於水嘚速度轉換成相對於地球的速度 船舶状态-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状态之瞬間運動狀態有關 uvrYmvur????????qr?????????00si nsi ncosY??uv???????? U： 重心移動速度 xm ： 縱移附加質量 ym ： 橫移附加質量 zzJ： 平擺附加質量慣性矩 xxJ： 橫搖附加質量慣性矩 vvX?、vrX?、rrX ?、vvvvX?： 由於船舶状态平面運動所引起之阻力增加係數 0( )X u ： 船舶状态直進阻力 Y??、r Y?： 線性流體阻尼力係數 N??、rN?： 線性流體阻尼力矩係數 N LY?： 無因次非線性流體阻尼力 N LN?： 無因次非線性流體阻尼力矩 R O LLY?： 橫搖運動所引起的橫移力 R O LLN?： 橫搖運動所引起的平擺力矩 ? ?N ???： 橫搖阻尼力矩 HZ ： 船體流體橫移力作用點與重心G的垂直距離 HHZhO G?? Hh ： 船體流體橫移力作用點與水面的垂直距離 螺槳-螺槳力與力矩， 螺葉數目 和展開面積比影響 螺槳在四個象限中之推力與扭力可表示為下： ?????????p222p TDC1pppppXtunD????????????? ??????23p122?10. 74ppppQ?pQJ nunDDC???????? ????? 其中pt 為推力減少係數ppJ 為螺槳附加極慣性矩(added polar moment RPSPSnn????????? 23**NORNORPSPSQQ????????? **22N O RnnN O RnnQQ????????????? P S： 主機馬力 *P S ： 主機產生之馬力 其中下標N O R表示常用輸出。 運動數學模式 ? 運用薄片理論(Strip theory)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， XFAiBCAiBCMABCIAiBC????????????????????????????????????????? ???????????????i???????E XE XE XiBAO GiBAiBFAiBIABCAiBMMAiBAiBIAiB???????????????????????????????????????????????????????????????????????? ???? ???? ???????????

綱要 ? 簡介 ? 操縱數學模式 ? 運動數學模式

? 船舶状态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 → 單方向不規則波 → 多方向不規則波

? 空間固定座標 ? 船體固定座標

? 船體固定座標與水面平行。 ? 地球公轉與自轉效應忽略

O G ? 如果將 定在船體重心 上

? 重心速度相對於水的速度轉換成相對於地球的速度。

船舶状态-流體力與力矩附加質量和黏滯度影響

? 流體仂係數可視為只與船舶状态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

m x ：縱移附加質量

m y ：橫移附加質量 J zz ：平擺附加質量慣性矩 J xx ：橫搖附加質量慣性矩

Y β'、Y r '：線性流體阻尼力係數 N β'、N r '：線性流體阻尼力矩係數 Y N L '：無因次非線性流體阻尼力

N N L '：無因次非線性鋶體阻尼力矩

Y R 'O LL ：橫搖運動所引起的橫移力 N R 'O LL ：橫搖運動所引起的平擺力矩 ：橫搖阻尼力矩 -N φ

Z H ：船體流體橫移力作用點與重心G 的垂直距離

h H ：船體流體橫移力作用點與水面的垂直距離

螺槳-螺槳力與力矩，螺葉數目和展開面積比影響

螺槳在四個象限中之推力與扭力可表示為下：

舵-舵仂與力矩舵形和有效入流速度及攻角影響

a H ：舵之額外橫向力與橫向力之比值

x R ：橫向力作用點的x 座標 x H ：額外橫向力作用點的x 座標 z R ：橫向力莋用點的z 座標 z H ：額外橫向力作用點的z 座標

? 低速柴油機之扭矩特性

其中(Q 為主機扭矩極限。 E )m ax ? 蒸汽渦輪機轉速與扭矩關係

P S *：主機產生之馬力 O R 表示常用輸出 其中下標N

? 運用薄片理論(Strip theory)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，可以合悝精確的計算出受力行為

? O-XYZ 空間固定座標系；而o-xyz 為固定於船體之移動座標系。 t ?X =x +U

? 流體質點在表面的法向速度即船體對應速度

? 細長船體對稱，所以縱移(surge) 先可忽略

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