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半潜式自航工程船动力定位模型的基本假设和坐标系

来源:草根论文网 时间:2017-04-01 字体:[ ] 收藏 我要投稿 浏览:

       为研究物体运动必须建立表达其运动的坐标系,文中建立水平的随船坐标系,在基本假设下针对5万载重吨半潜式白航工程船建立相关的运动模型.

基本假设

为了把复杂的物理世界用数学公式描述,文中作如下基本假设。

1)假设海面是惯性参考系,即假设地面坐标系为惯性坐标系;

2)忽略地球曲率,把海面看成平面;

3)重力加速度、大气密度以及海水密度恒定;

4)该船体是刚体,且质量为常数;

5)该船体是以肿纵剖面对称的。

坐标系的建立及坐标间的转换

为了便于定量地描述船体的运动,文中建立了水平的随船坐标系如图1所示。它包括固定坐标系、随船运动坐标系和随船平动坐标系3个坐标系。

 (1)固定坐标系E-ξηζ

E是任意选定的,固定于地球表面,通常可选择在某一时刻(t=0)船体重心G所在位置。Eξ轴在静水面内,其方向一般选在船纵向运动方向上,考虑风浪流时指向正北方向。Eη轴选择为Eξ轴在静水面内顺时针旋转900的方向上。Eζ轴垂直于静水面,以指向地心为正。

2)随船运动坐标系Gxyz

把原点取在重心G上。Gx ,GyGz分别为经过G的水线面、横肿剖面和纵肿剖面的交线。正方向按右手系的规定,即Gx向首,Gy向右,Gz向下。

3)随船平动坐标系G -XYZ

该系与一般的随船运动坐标系的区别是,它不随船作纵摇和横摇,将6自由度运动分成水平面内的操纵运动、横向的横摇运动和纵向的纵摇升沉运动,兼顾了船舶操纵性、动稳性和耐波性。

半潜船运动的坐标系如图1所示,船在空问的位置取决于随船运动坐标系G - xyz原点G在固定坐标系E-ξηζ中的三个坐标分量ξ0、η0、ζ0以及随船运动坐标系对于固定坐标系的3个姿态角Ψ、θ、Φ这3个空问姿态角重新定义如下:

艏向角Ψ—船体Gx轴在水平面ξEη上的投影与Eξ轴之问的夹角,也是平动随船坐标系Gx轴与Eξ车由之问的夹角;

纵倾角θ—船体Gx与水平面ξEη之问的夹角;

横倾角Φ—船体对称面xGz与通过Gx轴的铅垂面xGζ之问的夹角;

利用各坐标系之问的关系,通过简单的计算可得如下转换关系。固定坐标系E-ξηζ和随船坐标系G-xyz之问速度转换关系为:

角加速度之问转换关系为

随船平动坐标系G -XYZ和随船运动坐标系G - xyz之问的转换关系为:

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作者:郑编辑 责任编辑:郑编辑

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