船舶剩余阻力系数计算平台的实现_李同山.docx
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1、DOI : 10. 16411/j. aiki. issnl006 7736. 2007. 01. 007 第 33卷第 1期 大连海事大学学报 Vol.33 No. 1 2007 年 2 月 Journal of Dalian Maritime University Feb 2007 文章编号 : 1006-7736(2007)01-0025-04 船舶剩余阻力系数计算平台的实现 李同山 洪碧光 孙洪波 谢广伟 2 (1.大连海事大学航海学院,辽宁大连 116026; 2.舟山引航站,浙江舟山 316000) I要:根据蓝波一奥芬凯勒图谱,利用非线性最小二乘法对船舶剩余阻力曲线进行了曲线拟合
2、,将得到的方 程系数保存为文本文档,建立 VB与文本文档的检索方法,开发出船舶剩余阻力系数的计算平台 .根据界而中 输入的船型参数,利用计算机在数据中进行检索、内插,从而达到直接计算剩余阻力系数的目的 .通过计算实 例与实验结果比较,计算结果的精度完全能够满足船舶动态仿真的需要 . 关键词:船舶操纵性;运动仿真;剩余阻力系数;蓝波一奥芬凯勒图谱 中图分类号 :U 661.311 文献标识码 :A 0引言 在建立船舶运动数学模型、进行船舶运动仿 真、评价船舶操纵性能时,一个最关键的问题是如 何确定作用于船体上的直航阻力 .船舶直航阻力 的计算方法,无外乎是模型实验法或是近似估算 法 .从经济角度
3、上看,目前常用的是近似估算法, 依其资料来源可分为以下三种:母型船数据估算 法 (海军系数法、引伸比较定律法、基尔斯修正母 型船剩余阻力法 1)、船模系列资料估算法(泰洛 (Taylor)法、陶德 (Todd)法 )和依据归纳船模和实 船资料估算法 2_3.在上述的三种阻力估算方法 中,由于给出的数据的限制,常用的是第三种方 法,其有两个典型的算法: (1) 艾亚 (Ayre)法 .该方法的适用范围较广, 特别对中、低速船的估算结果与船模实验结果的 吻合性尚好,但由于其统计的资料仅代表 20世纪 40年代以前的船型,因此用于近代船型,如肥大 型船,往往误差较大,甚至船型要素超过艾亚法给 定的范
4、围 .此外,该方法全部由统计资料所得,故 在理论上有其难以解释之处,这也是其不足之处 . * 在工程中常用的是第二种算法,即蓝波一奥芬凯 勒法 . (2) 蓝波一奥芬凯勒 ( Lap-Keller)法 .该方法 是将船舶的剩余阻力和摩擦阻力分开计算 .其中 摩擦阻力系数按照桑海公式计算,计算公式可在 文献 4中查取 ;粗糙度补贴系数 AC; 可根据船 长选取4.而剩余阻力系数可由蓝波一奥芬凯勒 图谱查得 .该图谱系根据荷兰瓦根宁船模实验池 所做的 107艘单螺旋桨大型船舶的模型实验结果 分析整理得到 .但蓝波一奥芬凯勒法中图谱的表 达形式为 G。 fx 103 = /( = 6.5, AM *
5、 收稿日期 :2006-08-25. 作者简介 :李同山 ( 1981 ),男,江苏泰州人,研究生 ;E-mail: tongshanlil223 126. com 26 大连海事大学学报 第 33卷 船舶剩余阻力曲线图和船舶剩余阻力曲线随航速 变化的曲线图,所得曲线精度完全满足动态仿真 的要求 . 1船舶剩余阻力系数的构成 1.1数据来源及存贮结构和检索方法 本文数据主要采用蓝波一奥芬凯勒图谱中 图谱曲线拟合后的六阶方程 AM X 1 3 s ai JcpL( -r 中的 7个系数 ( a6, a.Sr CI41 Cl2 Cl ). 奥芬凯勒图谱由 5张曲线图谱 (分别用 A, B, C,
6、D, E表示)和一张索引图谱构成 .对每张曲线图谱中 的 Cp从 0.6 0.85每隔 0.01给出的共 26条曲 线,运用非线性最小二乘法 5_6进行曲线拟合,从 而给出了每张图谱的拟合数据 ( a6, a5, a3, a2, a, a )k k = 1, 2, , 26本文以 ( a6, as,a4. , 办 ai, a )t, 灸 =1, 2, , 26为数据项,并将 数据保存在 “ *.txt” 格式的文档中 .这种保存格 式便于 Visual Basic 6.0对于数据的检索和读取 . 1.2内插方法 本文采用系数内插的方法,内插是对系数 ( 0. 85 时,则令 = 0. 84,
7、C沖 = 0.85进行外插,计算此时的 a/. (1) 当 Cp 0.60 时,则令 = 0.61, C沖 = 0.60进行外插,计算 a/的值 . 上述通过对 Cp的内插和外插 ,扩展了蓝波 - 奥芬凯勒图谱的使用范围,为确定船舶剩余阻力 系数随航速的变化奠定了基础 . 2 计 算 平 台 实 现 方 法 2.1 程序设计思想 本文的平台设计主要是三个子函数的设计 : (1)索引子函数 whichIndex(Cp, 纟),其用来判断 在具体的船型参数下,使用哪一张图谱 .该子函数 的传递的参数为 Q和纟,其中? = 100X 即, 返回的是个字符型变量,用来确定调用哪个文本 文档,例如,返回
8、的是 “ xsa.txt” , 则表示调用 A图 谱 .( 2)系数检索子函数 xsFind(strtext), 其传递 参数为索引子函数返回的字符变量,返回来的是 26X 7的二维数组,用来存放曲线图谱拟合后方 程的系数,每一行用来存放对应于每个的 7个 系数 ( a6, a5,a3, a2, ai, a ), 每张图谱共有 26 条曲线 .故共有 26行 .( 3)系数内插子函数,该函 数利用 1.2内插方法中的 Cpa、 Cp作为参数, 通过循环结构 For i = 1 To 7 a,- = at (c ) I- pa Next i (aucpb) aucpa) 返回与 Cp相对应的曲线
9、方程系数 . 2.2 计算结果的修正 蓝波一奥芬凯勒法中图谱是以 IV6 = 6.5 和 6/J = 2.4给出的,故一般需对计算结果进行 修正 . 当 # 6.5时,依下式对 C; 进行修正: l + 4 J丄 240,4.5孕 5.5 100 0 ACr _ 6.372x2 91.261x + 324.465 Ld Cr 1十 100 b /.U 0.98,7.08.5 当办 #2.4时 ,修正方法可参考文献 4. 2.3 几个系数的计算 在本文中,计算船舶剩余阻力系数时,给出的 船 型 参 数 有 其中 船舶排水体积 F和船中剖面面积只在计算船 舶剩余阻力系数随航速变化时才需要 .因此在
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