潜艇原理第九讲-潜艇的操纵性-2

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1、6.3潜艇水平面运动分析纵距(Advance):自船转舵开始至艏向改变90度时，船重心沿初始航线前进的距离；战术直径(Tacticaldiameter):船回转180度时，其重心距初始直线航线的距离；定常回转直径：船舶定常回转过程中定常回转圆周的直径；正横距(Transfer):船回转90度时，重心距初始直线航线的距离。潜艇水平面运动分析转舵阶段u,v,r(小值)潜艇水平面运动分析发展阶段FNNrRNHH潜艇水平面运动分析定常阶段当r增加到一定程度时，NNNrr0,rconst,con

2、st,vconst系统进入定常回转阶段潜艇水平面运动分析mYvmXurYvYrYvu0vr（6-17）INrNrNvNzrrvr0,rconst,const,vconstmXurYvYrYu0vr（6-22）NrNvNrv解此二元一次方程组可以得到定常回转过程中潜艇的回转角速度r以及横向速度v稳定状态下艇的UNYYNrr0vv角速度正比于系0RYNNmXuY0vrvu0r数KNmXuYNYu0rrv

3、记为KNmXuYNYvu0rrv潜艇在匀速转动过程中速度记为U0,回转半径记为R0直径记为D02R0,则有：UYNNmXuYU0vrvu0r0D220rNYYNvv1U0r2KUR00回转半径与系数K成反比。因此,系数K可以用来评估船舶的回转能力。2R0回转指数定常回转漂角的计算vN(mX)uYNNu0rrarcsin()arcsinUN(mX)uYNNvu0rrv回转过程中航速的变化(mX)u(mY)vrXuXXuvTR

4、(mY)vrXuXXvTRU0r,vUsin0R02U0(mY)sinXuXXvTRR0潜艇水平面运动分析回转过程中的横倾潜艇水平面运动分析回转过程中的横倾由于回转时作用在潜艇艇体和方向舵上的水动力Yv,r和Y的作用点不是与艇的重心在同一个高度上，从而这些力对重心的力矩导致了潜艇产生一定的横倾。潜艇下面回转的初始转舵阶段主要是舵力Y使得潜艇有一定小角度的横倾（外倾）。潜艇水下回转的发展阶段由于水动力Yv,r的快速增长使得潜艇由外倾转为内倾。潜艇水下回转的定常回转阶段水动力Yv,r和潜艇的

5、惯性离心力组成力偶与横倾回复力矩向平衡导致潜艇以恒定的横倾角进行圆周运动。潜艇水平面运动分析水平面回转运动解算mvYvmurYrY22v110r（6-17）IrNrNvNz66rv将横向速度v消去，可以得到二阶KT方程：TTrTTrrKKT12123mImNIY22z6622rz66vTT,TT1212CCYNNYmNvv22K,T3CYNNYvvCYNNmuYvrv110rm

6、ImNIY22z6622rz66vTT,TT1212CCYNNYmNvv22K,T3CYNNYvvCYNNmuYvrv110r当潜艇的前后大致对称时，如下假设成立：Y0,Y0,N0,N0rrvvNImz6622K,TT12NNYrrvmI22z66T,TTT3123YNvr水平面回转运动解算NIz66K,TTT123NNrrTIrNrNvNz66rvY0,Y0,N0,N0rr

7、vvIrNrNz66rINz66rrNNrr一阶KT方程初始潜艇以某固定速度u0沿某航向稳定航行。在某一时刻，潜艇按照如上图所示的规律打方向舵角：水平面回转运动解算第一阶段，0tt动力学方程如下所示：01K0rrtTTt0tKtt0时，r0通解：reT0eTtTct0K0cTt0Ktr0tTTeT(0tt0)t0水平面回转运动解算Ktr0tTTeTt0t0Kttr0tTTeT00t0t

8、ttKt2t积分：0时刻02TTtT1e的艏向角t02Kt微分r0