|
测量载荷[lbs]
数据点
CI上限
CI下限
（a） 静荷载结果
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
施加荷载[lbs]6.3𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和𝑀𝑦 线性荷载结果
虽然我们的重点是非线性频率差负载，但线性负载是
部分收集的负载信号，因此我们将其与理论预测作为数据进行比较
质量检查。当在双组分海道中测试时，存在两个线性载荷，
每个规则波一个。在本节中，我们将检查𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和𝑀𝑦 三个人的
不同的𝜆1/𝐿 价值观只有三种代表性波浪环境的结果
如本章所示，而所有线性荷载结果可在附录F中找到。
图6.4显示了沿
理论预测的非线性力𝐹𝑧 在各种波长下。
调查期间收集的新测量结果显示为蓝色
数据标记。先前收集的数据[6]表示为红色数据点。理论上的
使用Cummins理论的预测显示为黑色虚线。图6.4（a）包含
无量纲线性𝐹𝑧 固定波1波长的力结果𝜆1/𝐿 = 1.50和
波2波长在𝜆2/𝐿 = 0.75和3.00。由于波长
在测试过程中，波形1的所有线性𝐹𝑧 波浪1产生的力为
聚集在无维波长，而线性𝐹𝑧 波浪2跨度产生的力
因为波2的波长是变化的。
图6.4（b）显示了两个线性𝐹𝑧 力的结果，但现在对于固定波1波长
𝜆1/𝐿 = 1.75和波2的相同波长范围。波1力现在产生
群集周围𝜆1/𝐿 = 1.75.图6.4（c）描述了两个线性无量纲𝐹𝑧 后果
对于𝜆1/𝐿 = 2.00和波2的相同波长范围。波浪1力结果如下
现在聚集在周围𝜆1/𝐿 = 2.00.
线性𝐹𝑧 该调查复制的所有波浪环境的力结果，
因此可以与Hermsen[6]的结果进行比较，达到一致的程度
如图6.4（a）–6.4（c）所示。在这项研究中，我们研究了9种不同的波长
而之前的Hermsen研究[6]只关注𝜆1/𝐿 = 1.0、1.5、2.0、2.5和3.0。
此外，结果与理论预测的线性𝐹𝑧 力
本研究测试的每个波浪环境。
49
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
线性CFz=Fz/（g A
o H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
线性CFz=Fz/（g A
o H）
1.
2.
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
线性CFz=Fz/（g A
o H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.4：。测量和预测的无量纲线性的比较
上的力𝐹𝑧 在各种波长下。
50
图6.5将当前和先前的实验测量值与理论测量值进行了比较
预期的非线性力𝐹𝑥 在不同波长下。的格式
图6.5与图6.4相同。图6.5（a）包含未标注尺寸的
线性的𝐹𝑥 固定波1波长的力结果𝜆1/𝐿 = 1.50和波2波长
在𝜆2/𝐿 = 0.75和3.00。与图6.4相同，因为波长
在测试过程中，波形1的所有线性𝐹𝑥 波浪1产生的力
在该无维波长下聚集，而线性𝐹𝑥 波浪力
因为波2的波长是变化的。图6.5（b）显示了
二线性的𝐹𝑥 力的结果，但现在对于固定波1波长𝜆1/𝐿 = 1.75时
图6.5（c）显示了𝜆1/𝐿 = 2.00。波2波长的范围是
与图6.5（a）相同。
对于本研究复制到先前研究的所有波浪环境
赫尔姆森[6]，线性𝐹𝑥 部队的结果与这些结果一致
图6.5（a）–6.5（c）所示的一致性。此外，结果符合
与理论预测的线性𝐹𝑥 Cummins理论对每个波的作用力
这项工作中考察的环境。
51
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
线性CFx=Fx/（g A
o H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
线性CFx=Fx/（g A
o H）
1.
2.
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
线性CFx=Fx/（g A
o H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.5。测量和预测的无量纲线性的比较
上的力𝐹𝑥 在各种波长下。
52
当前和以前的实验测量以及理论预测
无量纲li
-0.09
-0.08
-0.07
-0.06
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
测量荷载-施加荷载[lbs]
数据点
CI上限
CI下限
（b） 静荷载差结果
图6.1。称重传感器静态结果的实验验证𝐹𝑦
频道
由于线性和非线性波浪引起的荷载是动态振荡荷载
这项验证研究的重点是量化动态测量时的称重传感器精度
荷载。图6.2描述了𝐹𝑦 频道
将图6.2a中的结果与静态结果进行比较，可以看出数据点如下
更靠近参考线。在图6.2b中，测量值和应用值之间的差异
对于小于0.5磅的施加荷载，荷载现在介于0.02磅和-0.04磅之间，即
比静态负载观察到的误差小。一个可能更好的原因
46
准确度是振荡负载信号的分析不依赖于测量的
电偏移，也不受电偏移值轻微变化的影响
在测试期间。总体而言，动态验证调查得出的结论是，称重传感器
其灵敏度足以测量小至0.05磅的周期性振荡力。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
施加荷载[lbs]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.
测量载荷[lbs]
数据点
CI上限
CI下限
（a） 动态负载结果
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
施加荷载[lbs]
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
测量荷载-施加荷载[lbs]
数据点
CI上限
CI下限
（b） 动态荷载差结果
图6.2。称重传感器的实验验证动态结果𝐹𝑦
频道
47
6.2生成的波浪环境
这项调查探索了两种不同波高的不规则海道。第一波
环境由0.5英寸振幅的规则波和1.0英寸振幅的常规波组成
波动第二条海道由两个1.0英寸振幅的规则波组成。图6.3
显示了两个基本规则波的波幅与实验测试运行的对比
数字。第一波由蓝色数据捕获，第二波由
红色数据。运行1000到1265显示0.5和1.0英寸的波幅环境，而
大于1265的运行显示了当两个波的振幅都为1.0英寸时的结果。
如第4章所述
1英寸振幅波在0.8和1.1英寸之间。实际波浪的大部分
所有所需的0.5英寸波的振幅在0.6和0.4英寸之间。
1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350
运行编号
0
0.5
1.
1.5
2.
波幅（英寸）
第一个组件第二个组件
图6.3。波幅与实验测试运行次数。这个
图形格式与图6.4和6.5中使用的格式相同。图6.6（a）涵盖了无量纲线性𝑀𝑦 固定波1波长的矩结果𝜆1/𝐿 = 1.50,
图6.6（b）显示了两个线性𝑀𝑦 固定波1波长的矩结果
𝜆1/𝐿 = 1.75，图6.6（c）描述了两个线性𝑀𝑦 的时刻𝜆1/𝐿 = 2.00.
线性𝑀𝑦 力矩结果与Hermsen[6]在波浪环境中的结果一致，其中存在先前的结果。结果也与
理论预测线性𝑀𝑦 这项研究测试的每一个波浪环境的时刻。
图6.6（a）-6.6（c）所示的一致性水平代表
这项研究探索的所有波浪环境的一致性。
53
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
线性CMy=My/（g A
o长H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
线性CMy=My/（g A
o长H）
1.
2.
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
线性CMy=My/（g A
o长H）
1.
新
1.
以前的
2.
新
2.
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.6。测量和预测的无量纲线性的比较
上的力𝑀𝑦 在各种波长下。
54
6.4𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和𝑀𝑦 非线性荷载结果
本研究的主要重点是非线性载荷的实验测量。
在本节中，我们展示了基线波浪环境的结果，其中波浪1
波2的振幅为1.0英寸。相同的三个测试
此处显示了线性负载结果部分中显示的条件。所有
然而，非线性力结果可在附录F中找到。
图6.7显示了先前和当前测量的无量纲非线性力之间的比较𝐹𝑧 在各种波2波长下。蓝色数据
标记表示在本研究期间收集的新测量值。红色数据点
表示先前收集的数据[6]。无量纲非线性𝐹𝑧 力值
对于固定波长1𝜆1/𝐿 = 1.50和波长从
𝜆2/𝐿 = 0.75至3.00如图6.7（a）所示。与线性结果不同
产生一个力，只有一个非线性力，并且它发生在频率差
在两个波之间。然而，非线性力值如图6.7（a）所示
波2波长。
图6.7（b）显示了无量纲非线性𝐹𝑧 力的结果，但现在是固定的
波1波长𝜆1/𝐿 = 1.75和相同范围的波2波长。图6.7（c）
描述了相同的结果，但𝜆1/𝐿 = 2.00.对于本研究的所有波浪环境
复制，因此可以比较𝐹𝑧 力结果与
Hermsen[6]的结果如图6.7（a）–6.7（c）所示。
55
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
非线性CFz=Fz/（g D H1 H
2 )
新
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
非线性CFz=Fz/（g D H1 H
2 )
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
非线性CFz=Fz/（g D H1 H
2 )
新
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.7。测量和预测的无量纲非线性的比较
作用力𝐹𝑧 在各种波长下。
56
测量的无量纲非线性的比较𝐹𝑥 各种波浪力
2个波长如图6.8所示。数字的格式与
图6.7。图6.8（a）描述了无量纲非线性𝐹𝑥 固定的力值
波1波长𝜆1/𝐿 = 1.50和波长为𝜆2/𝐿 = 0.75至
3.00。即使一个非线性力出现在
两个波，力值在图中相对于波2波长示出。以类似方式
图6.8（b）包含了无量纲非线性𝐹𝑥 强制结果，但现在
对于固定波长1𝜆1/𝐿 = 1.75，而图6.8（c）描述了非线性
的力值𝜆1/𝐿 = 2.00.
实验测量表明𝐹𝑥 负载约为一半
𝐹𝑧 非线性负载。此外，所有非线性𝐹𝑥 力结果为
在Hermsen的[6]也测试过的波浪环境中测量的结果与她一致
结果达到图6.8（a）–6.8（c）所示的水平。
图6.9描述了测量的无量纲非线性的比较𝑀𝑦 时刻
各种波长。图6.9（a）显示了无量纲非线性𝑀𝑦 片刻
固定波1波长的结果𝜆1/𝐿 = 1.50和波2的相同范围
用于图6.7和6.8的波长。图6.9（b）显示了未标注尺寸的
n波2波长的范围。最后，图6.9（c）描述了无量纲非线性
𝑀𝑦 的力矩结果𝜆1/𝐿 = 2.00。正如前面讨论的线性
和非线性结果，所有测量的非线性𝑀𝑦 力矩结果与
Hermsen[6]的结果达到了图6.9（a）–6.9（c）所示的水平。
57
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
非线性CFx=Fx/（g D H1 H
2 )
新
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.05
0.1
0.15
非线性CFx=Fx/（g D H1 H
2 )
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.05
0.1
0.15
非线性CFx=Fx/（g D H1 H
2 )
新
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.8。测量和预测的无量纲非线性的比较
作用力𝐹𝑥 在各种波长下。
58
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
非线性CMy=My/（g D L H1 H
2 )
新
以前的
（a）𝜆1/𝐿 = 1.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
非线性CMy=My/（g D L H1 H
2 )
（b）𝜆1/𝐿 = 1.75; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
非线性CMy=My/（g D L H1 H
2 )
新
以前的
（c）𝜆1/𝐿 = 2.00; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.9。测量和预测的无量纲非线性的比较
作用力𝑀𝑦 在各种波长下。
59
6.5较大波高结果
这项研究还第二次测试了相同的波长，但第1波的振幅
现在是1.0英寸而不是0.5英寸。波2的振幅仍为1.0英寸。
较小的基线波高波浪结果可与较大的波高进行比较
波动结果，看看我们的非维度化是否会使数据崩溃并产生系数
这些值可用于预测由于任何大小的波浪高度而对物体施加的载荷。
图6.10显示了线性和非线性荷载之间的比较
在较小基线波浪环境和较大波高下测量的调查
环境左侧的子图显示了测量的线性负载𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和
𝑀𝑦 从上到下。右侧子图显示了相应的频率
同样是在相同的两个波浪环境中的不同非线性荷载𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和𝑀𝑦 离去
从上到下。基线波浪环境结果显示为蓝色数据
而大波高环境数据用绿色数据表示
点。如前所述，每个图中显示了两个线性力结果，
一个对应于两个波中的每一个。这些数字都显示了波浪环境
其中波1具有固定波长𝜆1/𝐿 = 2.50，因此有一组波1
在该波长下产生。
从线性荷载的理论解中，我们知道我们的无量纲化
应该折叠线性数据结果。左侧的子图显示了线性负载
当使用
与线性负载相关联的特定波。对于非线性负载
右侧似乎显示，当
波1高度和波2高度的乘积用于对结果进行无量纲化。什么时候
波高变化，这些非线性载荷也会变化。然而，尽管
当我们适当地对这些非线性负载进行无量纲化时，
无量纲非线性负载不改变。
60
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
线性CFz=Fz/（g A
o H）
1.
，哇
=0.5英寸
1.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
（a）𝐹𝑧 , 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
非线性CFz=Fz/（g D H1 H
2 )
w1，a=0.5英寸
w1，a=1.0英寸
（b）𝐹𝑧 , 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
线性CFx=Fx/（g A
o H）
1.
，哇
=0.5英寸
1.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
（c）𝐹𝑥, 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
非线性CFx=Fx/（g D H1 H
2 )
w1，a=0.5英寸
w1，a=1.0英寸
（d）𝐹𝑥, 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
/L级
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
线性CMy=My/（g A
o长H）
1.
，哇
=0.5英寸
1.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
2.
，哇
=1.0英寸
（e）𝑀𝑦, 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
2.
/L级
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
非线性CMy=My/（g D L H1 H
2 )
w1，a=0.5英寸
w1，a=1.0英寸
（f）𝑀𝑦, 𝜆1/𝐿 = 2.50; 𝜆2/𝐿 = 各种各样的
图6.10。测量的无量纲线性和非线性的比较
在0.5英寸和1.00英寸波幅下的力。
61
6.6非线性荷载图
该调查进行了9个不同的测试序列，每个序列61
6.6非线性荷载图
该调查进行了9个不同的测试序列，每个序列使用固定的
并改变波2的频率。通过结合所有这些测试
序列在一起，我们基本上跨越了波1和波2的整个频率空间
2.这些载荷可以在这个二维参数空间中显示为等高线图
其中轮廓值表示该特定位置处非线性负载的局部值
波1和波2波长的组合。为基线绘制等高线图
波浪环境。图6.11、6.12和6.13包含测量的
无量纲非线性荷载𝐹𝑧
, 𝐹𝑥, 和𝑀𝑦, 分别地
等高线图显示了许多有趣的发现。首先，波1和
波2应该无关紧要，因此等高线图应该关于一条线对称
斜率为1。这条线在所有三个等高线图中都显示为黑色虚线。全部的
三个非线性载荷结果显示了这种对称性。第二，沿着这个对称性
线𝐹𝑥 和𝑀𝑦 当𝐹𝑧 似乎大约为0.2。第三
所有三个非线性负载似乎都具有恒定值线。这是最容易看到的
具有俯仰力矩结果。定值载重线表明
可以通过仅使用
两个波，而不是每个波本身的实际单独频率或波长。和
最后，这些地图代表了一个可以使用的经验推导的数学模型
预测水下航行器上的非线性载荷作为两个基础的函数
波长和波高。这些预测载荷可用于机动或
稳定性模型作为基于模型的系统工程方法的一部分
水下航行器。 |
