플로팅 선박의 안정성

1. 최대 안정성 각도 측정

1. 작은 모델 보트를 선택합니다. 섹션 3과 4의 분석 복잡성을 줄이기 위해 비교적 간단한 선체 설계를 권장합니다.
2. 가벼운 밝은 색상의 수직 돛대를 보트에 연결합니다(파란색 권장). 제공된 MATLAB 코드는 이미지에서 밝은 파란색 픽셀을 찾아 비디오의 돛대 위치를 추적합니다. 다른 색상 마스트를 사용하는 경우 이미지 분석 코드를 그에 따라 조정해야 합니다.
3. 케이블 넥타이를 돛대에 부착하여 무게의 정지 역할을 합니다. 무게(예:커플링 너트)를 돛대에 밀어 놓아 서 멈춥니다.
4. 배를 더 큰 물 용기에 넣고 정착시키세요(그림 2a). 방에 공기 흐름이 보트를 방해하지 않도록 설정을 배치합니다. 보트 길이를 따라 돛대를 향한 비디오 카메라를 장착합니다. 흰색 배경이 권장됩니다.
5. 휴식 시 보트의 참조 비디오를 수집하고 제공된 MATLAB기능(TrackMast.m)을사용하여 분석합니다. 보트가 쉬고 있을 때 0기울을 올바르게 읽을 때까지 카메라의 방향을 조정합니다. 코드의 17줄에서 돛대를 격리하려면 마스킹 매개 변수를 조정해야 할 수 있습니다.
6. 돛대 꼭대기에서 옆으로 눌러 배를 옆으로 밀어 내며 배를 스스로 넘어질 때까지 매우 점진적으로 팁을 주는 동영상을 수집합니다(캡사이즈). 각 테스트 중에 마스를 가능한 한 오랫동안 비디오 프레임에 보관하십시오. 무게의 다른 높이에 대 한이 절차를 수행 합니다. 각 케이스에 대한 돛대에 무게의 높이를 기록합니다.
7. 제공된 MATLAB 스크립트를 사용하여 이러한 비디오를 분석합니다. 각 케이스에 대해 출력 각도 및 시간 배열을 검사하여 최대 안정 각도를 결정할 수 있습니다. 캡사이즈 각도 대 중량 높이 테이블을 완성합니다.

그림 2: 마스트에 조정 가능한 중량을 가진 모형 보트, b. 약간의 각도에서 방출될 때와 b. 롤 각도 변동(단계 2.1), c. 1.4Hz의 피크 진동 주파수를 나타내는 (b)의 전력 스펙트럼 밀도 플롯은 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 진동 주파수 측정

1. 두 개의 다른 돛대 무게 높이와 팁 실험의 두 번째 세트를 수행합니다. 이번에는 보트를 약간 (~10°)만 팁으로 10 - 15 초 동안 흔들리는 보트의 비디오를 수집합니다.
2. 비디오에서 마스트 추적 기능을 다시 실행합니다. 함수를 호출한 후 출력에 대한 다음 MATLAB 식을 평가하십시오. 이렇게 하면 흔들리는 보트의 전력 스펙트럼 밀도가 플롯됩니다. 기본 롤링 주파수는 이 플롯의 피크 값입니다(그림 2b-c).

3. 팁 각도의 예측

1. 스케일을 사용하여 돛대와 무게를 포함하여 모델 보트의 질량을 측정합니다.
2. 1.5단계에서 평가된 돛대 무게의 각 위치에 대해 보트의 측면과 직선 가장자리의 돛대의 균형을 잡습니다. 선체 의 바닥에서 의 밸런스 포인트의 높이를질량(H_cm)의중심으로 기록한다.
3. CAD 소프트웨어 패키지를 사용하여 무게가 있는 보트 와 돛대의 규모 모델을 만듭니다. 이 모델(도 3a)에서 선체가 채워져 있는지 확인합니다.
4. 하단 선체(keel)의 중심선이 CAD 환경의 원점과 일치되도록 모델을 배치하고 돛대는 (처음에) 수직(y) 축과 평행한다.
5. CAD 환경에서는 선체 길이를 따라 있는 z축에 대해 보트를 작은 증분(예: 5°, 10°, 15°...)으로 회전합니다.
6. 각 회전 후, 나머지 하부의 부피가 물의 밀도로 나눈 총 보트 질량과 같아서 수직 수준 이상으로 모든 보트를 잘라냅니다(m/θ _w, θ_w = 1000 kg^m-3). 이는 해당 각도로 떠있을 때 수선 아래의 보트 부분을 나타냅니다(도 3b).
7. CAD 소프트웨어의 "질량 속성" 기능을 사용하여 나머지 선체의 센트로이드의 x 위치를 평가합니다. 여기서 원점은 boal(용골)의 가장 낮은 가장자리를 따라 있어야 하며 x축은 수평 방향을 가리킨다. 이것은 부력 (xb)의 중심을 나타냅니다. 부력력은 이 점을 통해 작용합니다. x_cm 대 θ의테이블을 준비합니다.
8. 1.6단계에서 확인된각각의 최대 안정각(θ)에 대해, 배 중량()의 모멘트 암과 복원부력()의 모멘트 암을 비교한다. 3.7단계에서 얻은 값 간에 보간해야 할 수 있습니다. 이러한 균형은 대략?

그림 3: a. 선체의 모형으로 채워진 b. 선체의 수직 절단, 선박의 침수 된 부피를 드러내고, c. 선박의 물리적으로 정확한 모형.

4. 진동 기간 예측

1. 2.1 단계에서의 경우에 해당하는 중량의 위치와 함께 보트의 제2 CAD 모델을 생성한다. 이번에는 선체의 실제 두께를모델링합니다(즉,채워지지 않음, 도 3c). 재질의 밀도와 실제 값과 일치합니다.
2. CAD 소프트웨어 "질량 속성"기능을 사용하여, 무게 높이에 대한 롤 축(I_zz)을따라 질량의 중심에 대한 보트의 관성의 순간을 평가합니다.
3. 선행 단계의 결과와 (3.7 단계)가 측정된 부력 중심의 x-위치(단계 3.7)를 사용하여 이론적 진동 주파수를 평가합니다.
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4. 4.3단계의 이론적 결과를 측정된 진동 주파수와 비교합니다. 이러한 가치는 합리적으로 잘 동의합니까?