汽车悬架吊杆式倒流式陀螺横向力计算

汽车悬架吊杆式倒流式陀螺横向力计算

0对横向力的认识不足纵轴向流是船舶操作中应考虑的重要因素。当船舶直接移动时，横轴向流是破坏自身直向运行运动的扰动动力。因此，为了保持船舶的航向，必须压垮驾驶员，克服这种干扰的动力。当船靠近或掉落时，驾驶员用水平桨的力量操纵船。在海上的实践中，我们必须对横向动力进行充分理解，解决海上超载、靠泊、海上填充、拖带等实际问题。同时，螺旋桨横向力的计算也是模拟水上运动模拟的重要组成部分，由于螺旋附近流场的不确定性，实际使用以下两种方法。（1）验证乘船模型或实际船体的方法。该方法数据正确，接近实际情况，但成本高，不常见。（2）回归分析的方法是对测量数据进行回归分析，并得出通用公式。虽然该方法的成本低，但它依赖于试验，存在一些误差。基于之前的工作，本文总结了上述两种方法，并介绍了基于导向螺钉的理论计算方法。在模拟的基础上，该方法具有一定的理论指导意义。1纵轴横向力计算公式1.1横向力模型1ft、fyp1ft、fy1fhr型船舶螺旋桨横向力的试验资料并不多见.谷初藏等在1963年对三岛型货船和实习船的两艘船模作了模型试验,得到关于横向力与推力之比的函数关系,即FYP1FT=f(hR)FYΡ1FΤ=f(hR)式中:h为螺旋桨浸深;R为螺旋桨半径.蒋维清与辛泰圻对“Mariner”船模进行了敞水桨、船后舵和船桨舵的各种组合下沉深横向力试验,得到了一系列的结论,详情可以参阅文献.1.2船前进和伴流之间的横向力船舶在高速前进中倒车时,因螺旋桨反转的诱导速度已向前,迫使船尾界层分离形成无数的漩涡(如图1所示),并在螺旋桨盘面后被螺旋桨盘面低压吸入,产生非常紊乱的混合水流,故不宜考虑伴流的作用,且不宜看成与船前进时的伴流相反.但是,值得注意的是:此时并不是不存在伴流横向力,因为只要船舶前进就会有伴流产生.通常认为,在船速较低的时候,伴流横向力很小,不予考虑;而船速较高时,其值不可忽略,可利用伴流在桨盘面处上下的压力差来计算其值.船舶在倒航过程中,不管螺旋桨是正车还是倒车,因为舵叶形成的伴流极小,因此,此时螺旋桨的伴流横向力可以忽略不计.1.3结构参数及来流速度船舶倒车时,螺旋桨排出的水流打在船舶的尾部,推尾向左运动.如图2所示.倒车情况下排出流横向力FYP3的计算:FYP3=12ρAsu2ssinαsSb(1)FYΡ3=12ρAsus2sinαsSb(1)其中:αs为流入船尾的有效冲角,由藤井式:αs=-2s(s为滑失比,s=1-uP0/nP,P为螺旋桨的螺距);Sb为尾型系数,与船尾的形状有关;Sb=1−Cwa1−Cpa(2)Sb=1-Cwa1-Cpa(2)式中:Cwa为船尾到S,S,5之间的水线面系数;Cpa为船尾到S,S,5之间的菱形系数;As为排出流打在船尾的面积,因为螺旋桨的盘面投影面积远小于船尾部的面积,因此,通常情况下取螺旋桨盘面面积的1.2倍,即:As=1.2S,S为螺旋桨的圆盘面积,S=π(Dp/2)2;us为船尾的平均有效来流速度(等于轴向诱导速度),因为船舶是左右对称体,船舶横向偏转的力是由轴向的诱导速度产生的,us=kxΔu,kx为增速系数,与桨到船尾的距离有关;Δu为桨轴向诱导速度,Δu的求取可参考文献.1.4回归系数直航的船舶在倒车时,由于排出流的作用使得船舶发生右转,进而水流与螺旋桨桨轴形成一个夹角而产生相对水流,通常把这股水流在船舶横向产生的力称为斜流横向力.采用Horn给出经验公式:FYP4=12ρu2pSξT1+ξT√βp(3)FYΡ4=12ρup2SξΤ1+ξΤβp(3)式中:ξT=T/(12ρu2p⋅S)ξΤ=Τ/(12ρup2⋅S);up为螺旋桨进速.利用文献中假设1进行推导,可以得到如下公式:ξT=[u2p+(0.7πnDp)2]CT/up=csc2γCT(4)ξΤ=[up2+(0.7πnDp)2]CΤ/up=csc2γCΤ(4)其中:γ为进程角;βp为螺旋桨处的漂角,图3给出了其与船速的关系曲线.为应用方便,本文运用非线性最小二乘法对其进行曲线拟合.于是改写后的公式为FYP4=12ρu2pScsc2γCT1+csc2γCT√βp(5)FYΡ4=12ρup2Scsc2γCΤ1+csc2γCΤβp(5)综上所述,螺旋桨横向力是以上几项的合成.2模拟示例2.1计算结果无纲处理本文分别以E船模(小型货船)和A船模(超大油船)试验为例,进行Matlab仿真,并将参数带入文献的公式进行结果比较.船模要素见表1,船模试验值可从文献中查取.计算结果均经过无量纲处理,公式如下:F′Y=FY/(12ρLdmv2)(6)M′N=M/(12ρL2dmv2)(7)F′Y=FY/(12ρLdmv2)(6)Μ′Ν=Μ/(12ρL2dmv2)(7)其中:F′Y为无量纲后的横向力;M′N为无量纲后的横向力矩;FY为螺旋桨的横向力;M为螺旋桨的横向力矩.从仿真图4～7中可以看出,本文提出的计算方法与船模试验值和文献的计算方法在变化趋势方面是一致的,该结果表明本文的计算方法是合理的,能够满足船舶运动仿真的要求.2.2模型仿真结果现有一艘马士基的油船(ELEDMAERSK),资料如表2所示.该船的实船测试曲线如图8所示.将参数带入模型中的仿真图如图9所示.从图9中可以看出:模型计算值与实船测试值在变化趋势上是一致的,总体的变化范围是相当的,只是在初始阶段有较大的差别,主要原因是:(1)开始倒车阶段实船的转速并不能像模型计算那样一下子达到预设值,需要一个过渡的过程;(2)仿真中所采用的船舶阻力只是一个估算值,与实际的阻力有误差.3排车器和比船型仿真结果本文介绍了关于倒车螺旋桨横向力的计算问题,在前人研究的基础上,提出一种理论计算方法.通过对倒车螺旋桨状态的分析,类比进车时排出流对舵影响的方法,推导出倒车排出流的计算公式,同时对斜流横向力的系数