舰船在海浪中船体三维角变形计算.pdf

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1、第35卷第10期2013年10月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．10Oct．，2013舰船在海浪中船体三维角变形计算陈三桂，吴国民(中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064)摘要：舰船在海浪中发生的弹性变形会对安装在其上的惯导系统对准精度产生影响，因此需要计算舰船的弹性变形，以补偿局部姿态误差。本方法基于梁理论，采用三维水弹性方法计算舰船在随机海浪中任意战位点处的相对三维角变形，并对船体的变形规律进行分析，供设计者参考使用。关键词：三维角变形；水弹性方法；惯导系统；随机海浪中图分类号：U661．33

2、文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)10—0006—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．10．002Calculationofthree-dimensionalangulardeformationoftheshiphullinwavesCHENSan-gui．WUGuo-min(ChinaShipDesignandDevelopmentCenter，Wuhan430064，China)Abstract：Thewarshiphull’Selasticitydeformationinwaveinfl

3、uencesthealignmentprecisionofinertialnavigation．Itisnecessarytocalculatethedeformationtocompensatethelocalattitudeerror．Basedthebeamtheory，three-dimensionalhydroelasticitymethodisusedtocalculatethethree-dimensionalangulardeformationbetweenarbitrarypointsofwarshipsinrandomwave．

4、Thelawofangulardeformationisanalyzed．Theresultcanbeusedbydesigners．Keywords：three-dimensionalangulardeformation；hydroelasticity；inertialnavigationsystem；randomwave0引言舰船武器系统需要高精度、高可靠性的导航系统为其提供航向、姿态、速度、航位等参数信息，而舰船在随机波浪作用下产生的船体弹性变形是其高精度主惯性系统对准误差的影响因素之一，船体变形的存在使得船体上各战位点处的局部姿态与主惯导的

5、姿态有较大差异⋯。舰船上各战位点与主惯导系统之间产生的变形是三自由度的，包括首挠、纵挠和横扭角。我国曾测量某型舰在6级海况下航行时的变形数据为‘21：离惯导系统安装位置沿横轴方向±7m和沿纵轴方向±1．5m处绕纵摇轴的变形为0．05o和一0．08。，绕横摇轴的变形为0．17。及一0．2。。随着现代舰载武器系统对精度和可靠性等要求的不断提高，需要对局部姿态信息进行补偿，以提高舰载武器系统的使用精度。船体变形与船体波浪载荷密不可分，特别是舰船在随机波浪中变形的预报难度较大∞1。船舶水弹性统一理论将结构力学和流体力学相结合，可实现舰船动态变形的预报。本文

6、中提出的三维水弹性方法基于梁理论，计及舰船的船体弹性变形，计算舰船在6个自由度的运动和剖面载荷，可给出舰船上要求测点之间的角变形值。考虑到海浪的随机特性，采用谱分析法，可计算舰船在随机海浪中的变形统计值。l理论计算方法船舶水弹性统一理论是将船体在空气中的干模收稿日期：2013—01—28；修回日期：2013—03—12作者简介：陈三桂(1981一)，女，硕士，工程师，主要研究方向为船舶波浪载荷。第10期陈三桂，等：舰船在海浪中船体三维角变形计算·7·态(不考虑附连水质量)作为广义坐标，对船体和流体的振动进行模态分析’“。将船体当作1根变截面的Tim

7、oshenko梁，计及船体剖面剪切和转动惯量的影响。船体梁位于oxyz坐标系内，取船体梁微段d戈，分析其受力和变形可得：对于垂向运动f肛(戈)w(z，t)=形(戈，t)+工(戈，t)，{一(1)【J，0，(z，t)=Mj(戈，t)一匕(戈，t)；对于水平和扭转运动p(z)vc(石，t)=∥(x，￡)+f(z，t)，．，z8：(戈，‘)=叫(x,t)¨，(x，‘)，(2)，c(戈)西(z，￡)=r’(戈，￡)+z(z)∥(戈，￡)+z!(名)V，(戈，t)+MR(z，t)。式中：肛和‘，，为船体单位长度的质量及转动惯量；，。为通过质心C的单位船长扭转

8、转动惯量；M，V和r为剖面的弯矩、剪力和扭矩；W为参考点07(0’为船静浮时OX轴与剖面的交点)的垂向位移；”，为质心C的