יציבות של כלי שיט צפים

1. מדידת זווית היציבות המרבית

1. בחר סירה קטנה. מומלץ גוון פשוט יחסית לצמצם את מורכבות הניתוח בסעיפים 3 ו-4.
2. חבר תורן אנכי קל משקל בצבע בהיר לסירה (מומלץ כחול). קוד MATLAB שסופק עוקב אחר מיקום התורן בסרטון על-ידי חיפוש פיקסלים כחולים בהירים בתמונה. אם נעשה שימוש בתורן צבע אחר, יהיה צורך להתאים את קוד ניתוח התמונה בהתאם.
3. הדביקו עניבת כבלים לתורן כדי לשמש כתחנה למשקל. החלק משקל(למשל,אגוז צימוד) על התורן כך שהוא נשען על העצירה.
4. מניחים את הסירה במיכל מים גדול יותר, ואפשרו לה להתיישב (איור 2א). מקם את ההתקנה כך שזרימת האוויר בחדר לא תפריע לסירה. התקן מצלמת וידאו הפונה לתורן לאורך הסירה. מומלץ תפאורה לבנה.
5. לאסוף וידאו הפניה של הסירה במנוחה, ולנתח אותו באמצעות הפונקציה MATLAB שסופקה(TrackMast.m). התאם את כיוון המצלמה עד שהיא תקרא נכון 0-הטיה כאשר הסירה נמצאת במנוחה. ייתכן שיהיה עליך להתאים את הפרמטרים מיסוך כדי לבודד את התורן על שורה 17 של הקוד.
6. לאסוף קטעי וידאו של בהדרגה מאוד מפנה את הסירה על ידי לחיצה לצדדים על החלק העליון של התורן עד שהוא נופל על שלה (מתהפך). שמור את התורן במסגרת הווידאו זמן רב ככל האפשר במהלך כל בדיקה. בצע הליך זה עבור גבהים שונים של המשקל. הקלט את גובה המשקל על התורן עבור כל מקרה.
7. נתח סרטוני וידאו אלה באמצעות קובץ Script MATLAB שסופק. עבור כל מקרה, ניתן לקבוע את הזווית היציבה המרבית על-ידי בדיקת זווית הפלט ומערכי הזמן. השלם טבלה של זווית התהפכות לעומת גובה המשקל.

איור 2: א. סירת דגם עם משקל מתכוונן על התורן, b. וריאציית זווית גליל עם כאשר שוחרר מזווית קלה (שלב 2.1), ג. חלקת צפיפות ספקטרום הספקטרום של (ב) המציגה תדר תנודות שיא של 1.4 הרץ אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

2. מדידת תדירות התנודה

1. בצע ערכה שנייה של ניסויי הטיה עם שני גבהים שונים במשקל התורן. הפעם, רק להטות את הסירה מעט (~ 10 °), ולאסוף קטעי וידאו של סירת נדנדה עבור 10 - 15 s.
2. הפעל מחדש את פונקציית המעקב אחר התורן בסרטון הווידאו. לאחר קריאה לפונקציה, הערך את הביטוי הבא של MATLAB בפלט: pwelch( טטה,[],[], [],1/(t(2)-t(1)) ); . זה יתווה את צפיפות ספקטרום הכוח עבור סירת הנדנדה. התדירות המתגלגלת העיקרית היא ערך השיא בעלילה זו (איור 2b-c).

3. חיזוי זווית ההטיה

1. באמצעות קנה מידה, למדוד את המסה של סירת הדגם, כולל התורן והמשקל.
2. עבור כל מיקום של משקל התורן המוערך בשלב 1.5, איזון הסירה בצד שלה עם התורן על קצה ישר. תיעד את גובה נקודת האיזון מתחתית גוף הספינה כמרכז המסה (H_cm).
3. באמצעות חבילת תוכנה CAD, ליצור מודל בקנה מידה של הסירה התורן עם משקל. ודא כי גוף מלא (מוצק) בדגם זה (איור 3א).
4. מקם את המודל כך שקו המרכז של המעטפת התחתונה (השדרית) עולה בקנה אחד עם המקור בסביבת CAD והתורן הוא (בתחילה) מקביל לציר האנכי (y).
5. בסביבת CAD, לסובב את הסירה על ציר z, אשר לאורך גוף הספינה, במרווחים קטנים (למשל, 5°, 10°, 15 °...).
6. לאחר כל סיבוב, לחתוך את כל הסירה מעל רמה אנכית, כך שהנפח של החלק התחתון הנותר שווה את מסת הסירה הכוללת חלקי צפיפות המים (m / ρ_w, ρ_w = 1000 ק"ג מ^'-3). זה מייצג את החלק של הסירה מתחת לקו המים כאשר הוא צף בזווית זו (איור 3b).
7. באמצעות התכונה "מאפייני מסה" בתוכנת CAD, להעריך את מיקום x של centroid של המעטפת הנותרת. כאן, המקור צריך להיות לאורך הקצה הנמוך ביותר של boal (השדרית), ואת ציר x צריך להצביע בכיוון האופקי. זה מייצג את מרכז הציפה (xb); כוח הציפה פועל דרך נקודה זו. הכן טבלה של x_ס"מ לעומת θ.
8. עבור כל זווית יציבה מקסימלית (θ) שזוהתה בשלב 1.6, השווה את זרוע הרגע של משקל הסירה ( ) ואת זרוע הרגע של כוח הציפה המשקם ( ). ייתכן שיהיה עליך לבצע אינטרפולציה בין הערכים שהושגו בשלב 3.7. האם אלה מאזנים בערך?

איור 3: א. מלא בדגם של גוף הסירה, ב. חיתוך אנכי של גוף הספינה, חושף את הנפח השקוע של כלי השיט, ג. דגם מדויק פיזית של כלי השיט.

4. חיזוי תקופת התנודה

1. לייצר דגם CAD שני של הסירה עם המיקום של המשקל המתאים למקרים בשלב 2.1. הפעם דגם את העובי בפועל של גוף הספינה (כלומר,לא מלא, איור 3c). התאם את צפיפות החומרים לערכים בפועל.
2. באמצעות תוכנה CAD "מאפייני מסה", להעריך את הרגע של אינרציה של הסירה על מרכז המסה שלה לאורך ציר הגליל (I_zz) עבור גבהים משקל.
3. באמצעות תוצאות של שלבים קודמים, ואת המיקום xשל מרכז הציפה נמדד כאשר (שלב 3.7), להעריך את תדרי התנודה התיאורטית:
   (2)
4. השווה את התוצאה התיאורטית של שלב 4.3 עם תדרי התנודה הנמדדים. האם ערכים אלה מסכימים באופן סביר?