CN115390561A

CN115390561A - 一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法

Info

Publication number: CN115390561A
Application number: CN202211018208.7A
Authority: CN
Inventors: 郭昂; 侯小军; 郭卫杰; 张辉; 李冬兰; 鲍家乐; 陈冬杰
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2042-08-24
Also published as: CN115390561B

Abstract

本申请公开了一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，涉及船舶技术领域，该方法针对左右桨跨距大的船舶，在舵常规设计的基础上，通过研究舵的水动力性能表征其升力系数以及对船扭矩的关系，通过研究船舶的水动力性能表征螺旋桨总推力与航速以及螺旋桨总推力与转速的关系，通过建立恒推力关系，以及通过桨差动航向控制等效舵效航向控制的恒扭矩关系建立得到两个约束条件，在任意航速和攻角条件下通过求解这两个约束条件可以得到两侧桨的目标桨转速，按照两侧桨的目标桨转速控制两侧桨转动即能利用桨转速差动控制实现船舶航向控制，本发明可以克服采用常规舵进行船舶航向控制所具有低速效率低、响应慢、增加船舶航行附加阻力等缺点，同时具有更好的操纵性能。

Description

一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法

技术领域

本申请涉及船舶技术领域，尤其是一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法。

背景技术

双体船具有稳性好、甲板开阔、方便布置等诸多优势，在中小型客船、渡船和交通船等领域应用广泛，其典型的操纵性控制方式是通过双舵实现航向调整，但是存在低速效率低、响应慢、增加船舶航行附加阻力等缺点。双体船因具有左右桨跨距大的特点，因此可以通过桨转速差动控制实现船舶转向，比如论文《基于双螺旋桨差动调节的双体船航向智能控制研究》提供了一种实现方法，但该论文提供的方法需要不断检测航向角偏差的差值再利用模糊控制器实时调整计算，控制方法较为繁琐。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，本申请的技术方案如下：

一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，该方法包括：

确定船舶的航速V以及流向船舶的舵的剖面的来流的攻角α；

根据第一函数关系确定当前的航速V下的桨总推力F，根据第二函数关系确定当前的航速V和攻角α下的舵对船产生的扭矩M；

在g(n_left)+g(n_right)＝F以及[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M的约束下求解得到左侧桨的目标桨转速N_left以及右侧桨的目标桨转速N_right，L是单侧桨的轴线到船舶的中线的距离，第三函数关系g()是预先拟合的桨转速与桨推力的函数关系，n_left表示左侧桨的桨转速，n_right表示右侧桨的桨转速；

按照目标桨转速N_left控制左侧桨转动、按照目标桨转速N_right控制右侧桨转动。

其进一步的技术方案为，求解得到左侧桨的目标桨转速N_left以及右侧桨的目标桨转速N_right，包括：

确定满足g(n_left)+g(n_right)＝F以及[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M的约束的左侧桨的桨转速n_left以及右侧桨的桨转速n_right；

若计算得到的n_left和n_right均在[n_min，n_max]范围内，则将求解得到的左侧桨的桨转速n_left作为目标桨转速N_left，将求解得到的右侧桨的桨转速n_right作为右侧桨的目标桨转速N_right；

若计算得到的n_left和n_right中的一个桨转速在[n_min，n_max]范围内、另一个超出[n_min，n_max]范围，则将最小稳定转速n_min或额定转速n_max作为其中一个目标桨转速、并根据船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速。

其进一步的技术方案为，将最小稳定转速n_min或额定转速n_max作为其中一个目标桨转速、并根据船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速，包括：

若n_left∈[n_min，n_max]但n_right<n_min，则确定N_right＝n_min并根据船舶的航行状态相应确定N_left；若n_left∈[n_min，n_max]但n_right>n_max，则确定N_right＝n_max并根据船舶的航行状态相应确定N_left；

若n_right∈[n_min，n_max]但n_left<n_min，则确定N_left＝n_min并根据船舶的航行状态相应确定N_right；若n_right∈[n_min，n_max]但n_left>n_max，则确定N_left＝n_max并根据船舶的航行状态相应确定N_right。

其进一步的技术方案为，根据船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速，包括：

当船舶的航行状态指示航速优先时，将已经确定的一个目标桨转速代入g(n_left)+g(n_right)＝F中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。

当船舶的航行状态指示转向性优先时，将已经确定的一个目标桨转速代入[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

当船舶工作在常规航速操纵模式下时，确定桨总推力F和扭矩M并确定目标桨转速N_left和目标桨转速N_right；

当船舶工作在零航速操纵模式下时，按照预设对应关系确定与当前的航速V和攻角α对应的目标桨转速N_left和目标桨转速N_right，预设对应关系通过数值模拟或操纵性试验确定得到。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

基于升力系数

确定双舵产生的升力对船舶产生的扭矩为M＝P_yL′＝0.5ρV_r ²A_RC_yL′，其中，P_y为舵面升力，V_r是来流速度，ρ为船舶所在水域的密度，A_R是舵的面积，L′是舵面压力中心距离船舶水下以下型心的距离；

确定升力系数C_y与攻角α之间的第四函数关系C_y＝f(α)；

在V_r＝k·V的基础上结合得到双舵产生的升力对船舶产生的扭矩M＝C₀·V²·f(α)，以确定舵对船产生的扭矩M与航速V和攻角α之间的第二函数关系M＝s(α，V)，其中C₀＝0.5·ρ·k²·A_R·L′，k为系数。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：通过数值模拟方法或水池模型试验确定桨总推力与航速之间的第一函数关系。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，该方法针对左右桨跨距大的船舶，在舵常规设计的基础上，通过研究舵的水动力性能表征其升力系数以及对船扭矩的关系，通过研究船舶的水动力性能表征螺旋桨总推力与航速以及螺旋桨总推力与转速的关系，通过建立恒推力关系，以及通过桨差动航向控制等效舵效航向控制的恒扭矩关系，从而可以在任意航速和攻角条件下利用桨转速差动控制实现船舶航向控制，可以克服通过常规舵进行航向控制具有低速效率低、响应慢、增加船舶航行附加阻力等缺点，具有更好的操纵性能。

该方法在确定任意航速和攻角条件下的左右桨的桨转速时，还会引入实际工程限定条件，从而适应实际航行场景下的工程需要。

另外通过数值模拟或者操纵性水池试验寻找零航速操纵模式下的桨转速与船舶极低航速航向控制的关系，通过主推进遥控系统及其模式切换功能实施，使得该方法不仅满足常规航速操纵模式，还可以满足零航速操纵模式。

附图说明

图1是本申请公开了一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法的方法流程图。

图2是一个实施例中由求解约束条件得到的n_left和n_right得到两侧桨的目标桨转速N_left和N_right的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，请方法适用于诸如双体船、甲板驳、三体船之类的左右桨跨距大的船舶，该方法包括如下步骤，请参考图1所示的流程图：

步骤110，确定船舶的航速V以及流向船舶的舵的剖面的来流的攻角α，航速V和攻角α可以在船舶航行过程中测得，本申请对具体测量方法不赘述。

步骤120，根据第一函数关系确定当前的航速V下的桨总推力F。根据第二函数关系确定当前的航速V和攻角α下的舵对船产生的扭矩M。

桨总推力F与航速V的第一函数关系F＝h(V)可以预先通过数值模拟或水池模型试验等多种手段获得。

在一个实施例中，舵对船产生的扭矩M与航速V和攻角α之间的第二函数关系M＝s(α，V)的确定方法为：

在流体力学中,通常将作用在舵上的水动力以无因次系数来表示，也即将升力系数表示为

其中，P_y为舵面升力，V_r是舵面的来流速度。来流速度V_r一般可以认为与航速V相当，但受船体伴流、螺旋桨尾流和船尾形状等多因素影响，根据船舶类型不同通过会取V_r＝k·V，k为系数且一般取1.0≤k≤1.2，对于双桨双舵型船舶来说，一般会取k＝1.2。ρ为船舶所在水域的密度，为预先获知的定值参数。A_R是舵的面积，也是预先获知的定值参数。

由此可确定双舵产生的升力对船舶产生的扭矩为M＝P_yL′＝0.5ρV_r ²A_RC_yL′，L′是舵面压力中心距离船舶水下以下型心的距离，为预先获知的定值参数。

对于具有固定剖面和展弦比λ的舵而言，升力系数与来流的攻角α和展弦比λ有关，在展弦比λ可以预先获知的基础上，升力系数C_y与攻角α之间存在第四函数关系C_y＝f(α)，该第四函数关系可以通过历史经验公式或者模拟水池试验获得。

因此结合M＝P_yL′＝0.5ρV_r ²A_RC_yL′、V_r＝k·V以及V_r＝k·V可以得到双舵产生的升力对船舶产生的扭矩可以表示为M＝C₀·V²·f(α)，其中C₀＝0.5·ρ·k²·A_R·L′，由此即可以得到舵对船产生的扭矩M与航速V和攻角α之间的第二函数关系M＝s(α，V)。

步骤130，在g(n_left)+g(n_right)＝F以及[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M的约束下求解得到左侧桨的目标桨转速N_left以及右侧桨的目标桨转速N_right，n_left表示左侧桨的桨转速，n_right表示右侧桨的桨转速。

其中，L是单侧桨的轴线到船舶的中线的距离，为预先获知的定值参数。单侧桨产生的桨推力F_push＝g(n)，也即具体的左侧桨产生的桨推力F_{push_left}＝g(n_left)，右侧桨产生的桨推力F_{push_right}＝g(n_right)，第三函数关系g()是预先拟合的桨转速n与桨推力F_push的函数关系，可以预先通过数值模拟或水池模型试验等多种手段获得。在实际应用时，通过数值模拟或水池模型试验等多种手段可以得到不同桨转速下的桨总推力F，在首先假定n_left＝n_right的基础上可以按照

得到F_{push_left}＝g(n_left)和F_{push_right}＝g(n_right)。

本申请对标舵的航向控制特征实现左右桨的桨转速差动的船舶航向控制方法，按照如下两个特征进行约束求解：

约束一：通过调节左右桨的转速实现船舶转向的过程中，保证船舶航速不变，即桨总推力不变。基于该约束可得F_{push_left}+F_{push_right}＝F，也即g(n_left)+g(n_right)＝F＝h(V)的约束条件。

约束二：通过调节左右桨的转速实现船舶转向控制的过程，对标的是通过舵转向实现船舶转向控制的过程，即不同左右桨转速对船产生的扭矩差去等效不同航速V和攻角α时的舵对船舶产生的扭矩M＝s(α，V)。

单侧桨的轴线到船舶的中线的距离L一般是相等的，左侧桨对船舶产生的扭矩M_left＝F_{push_left}·L，右侧桨对船舶产生的扭矩M_right＝F_{push_right}·L，在右转为正值的情况下，不同左右桨转速对船产生的扭矩差M′＝[F_{push_left}-F_{push_right}]·L＝[g(n_left)-g(n_right)]·L，则将该扭矩差等效舵对船舶产生的扭矩即可得到[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M的约束条件。

因此本申请在上述两个约束条件下求解左侧桨的桨转速n_left以及右侧桨的桨转速n_right。

求解得到的n_left和n_right未必会对应作为N_left和N_right，还需要结合工程实际和船舶安全对计算结果进行筛选和修订，请参考图2所示的流程图：

若计算得到的n_left和n_right均在[n_min，n_max]范围内，则将求解得到的左侧桨的桨转速n_left作为目标桨转速N_left，将求解得到的右侧桨的桨转速n_right作为右侧桨的目标桨转速N_right。n_min是桨的最小稳定转速，n_max是桨的额定转速。在实际应用时，左侧桨和右侧桨的n_min和n_max也可以不同，本申请以相同为例。

若计算得到的n_left和n_right中的一个桨转速在[n_min，n_max]范围内、另一个超出[n_min，n_max]范围，则将最小稳定转速n_min或额定转速n_max作为其中一个目标桨转速、并根据船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速。具体的：

若n_left∈[n_min，n_max]但n_right<n_min，则确定N_right＝n_min并根据船舶的航行状态相应确定N_left。若n_left∈[n_min，n_max]但n_right>n_max，则确定N_right＝n_max并根据船舶的航行状态相应确定N_left。

若n_right∈[n_min，n_max]但n_left<n_min，则确定N_left＝n_min并根据船舶的航行状态相应确定N_right。若n_right∈[n_min，n_max]但n_left>n_max，则确定N_left＝n_max并根据船舶的航行状态相应确定N_right。

无论是先确定了N_left再根据船舶的航行状态相应确定N_right，还是先确定了N_right再根据船舶的航行状态相应确定N_left，方法都是类似的：

(1)当船舶的航行状态指示航速优先时，表示当前航行状态要求优先保障航速V不变，可以适当调整转向性。此时将已经确定的一个目标桨转速代入g(n_left)+g(n_right)＝F中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。也即当已经确定N_left时，通过求解g(N_left)+g(n_right)＝F得到的n_right即作为N_right。而当已经确定N_right时，通过求解g(n_left)+g(N_right)＝F得到的n_left即作为N_left。

以在先确定N_left为例，在这种情况下，(a)若直接计算得到的n_left<n_min而取了N_left＝n_min，则目标桨转速N_left比计算得到的n_left大，由此会导致最终计算得到的目标桨转速N_right比计算得到的n_right小，从而导致[g(n_left)-g(n_right)]·L>M(左右均为负值)。(b)若直接计算得到的n_left>n_max而取了N_left＝n_max，则目标桨转速N_left比计算得到的n_left小，由此会导致最终计算得到的目标桨转速N_right比计算得到的n_right大，从而导致[g(n_left)-g(n_right)]·L<M。因此在情况(a)和(b)中，在优先保证了航速V不变的情况下，都会导致转向性降低。在先确定N_right的情况下也是相同的。

(2)当船舶的航行状态指示转向性优先时，表示当前航行状态要求优先保障转向性不变，可以适当调整航速V。则将已经确定的一个目标桨转速代入[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。也即当已经确定N_left时，通过求解[g(N_left)-g(n_right)]·L＝M得到的n_right即作为N_right。而当已经确定N_right时，通过求解[g(n_left)-g(N_right)]·L＝M得到的n_left即作为N_left。

同样以在先确定N_left为例，在这种情况下，(a)若直接计算得到的n_left<n_min而取了N_left＝n_min，则目标桨转速N_left比计算得到的n_left大，此会导致最终计算得到的目标桨转速N_right比计算得到的n_right大，从而导致g(n_left)+g(n_right)>F，导致航速V会适当提高。(b)若直接计算得到的n_left>n_max而取了N_left＝n_max，则目标桨转速N_left比计算得到的n_left小，由此会导致最终计算得到的目标桨转速N_right比计算得到的n_right小，从而导致g(n_left)+g(n_right)<F，导致航速V会适当减小。因此在情况(a)和(b)中，在优先保证了转向性的情况下，都会导致航速V发生变化。在先确定N_right的情况下也是相同的。

步骤140，按照目标桨转速N_left控制左侧桨转动、按照目标桨转速N_right控制右侧桨转动。

在一个实施例中，当船舶工作在常规航速操纵模式下时，可以按照步骤110～140提供的方法确定桨总推力F和扭矩M并确定目标桨转速N_left和目标桨转速N_right。但是作为特例，有些船如拖船等工作在零航速操纵模式下时要求零航速或非常低的航速下具有好的操纵性，采用常规舵的操纵性极差，可以采用一侧桨正转、一侧桨反转实现航向调节，则不再通过步骤110～140的方法来确定两侧桨的目标桨转速。因此当船舶工作在零航速操纵模式下时，按照预设对应关系确定与当前的航速V和攻角α对应的目标桨转速N_left和目标桨转速N_right，该预设对应关系通过数值模拟或操纵性试验确定得到。

在一个应用实例中，针对我国最大的小水线面双体船进行实例验证，该船舶的主要技术参数包括：船舶的总长为99m，船舶的型宽为32m，船舶的航速范围为0～15kn(0～7.72m/s)，单侧桨的最小稳定转速n_min＝0rpm，单侧桨的额定转速n_max＝180rpm。单侧桨的轴线到船舶的中线的距离L＝11.65m，舵的面积A_R＝11.88m²，舵的展弦比λ＝1.16，舵面压力中心距离双体船水下以下型心的距离L′＝45.58m，船舶所在水域的密度ρ＝1000kg/m³。取是舵面的来流速度V_r＝1.2V。根据易格近似计算法得到

双舵产生的升力对船舶产生的扭矩M＝C₀·V²·f(α)且C₀＝0.5·ρ·1.2²·A_R·L′＝389873kg，则M＝C₀·V²·f(α)＝11579·α·V²。

该实例中，通过水池模型试验获得船舶快速性水动力性能，典型试验数据如下表所示：

V(kn)	V(ms)	F(kN)	P<sub>E</sub>(kW)	n(rpm)
					6	3.09	65.9	203.5	48.5
6.5	3.34	75.8	253.6	51.5
					7	3.60	86.6	311.8	53.6
7.5	3.86	98	378.2	56.7
					8	4.12	110.8	456	59.5
8.5	4.37	125.1	546.9	63.9
					9	4.63	141.1	653.1	66.1
9.5	4.89	158.9	776.7	68.1
					10	5.14	175	900.1	71.6

则通过曲线拟合可得到桨总推力F与航速V的第一函数关系F＝h(V)＝13.006V²-62.438V+145.03。F_{push_left}＝g(n_left)＝3.15n_left-132.36，F_{push_right}＝g(n_right)＝3.15n_right-132.36。则不同左右桨转速对船产生的扭矩差M′＝[F_{push_left}-F_{push_right}]·L＝3.15×(n_left-n_right)×11.65×1000，单位为Nm且正值表示右转。

则在该实例中，约束条件g(n_left)+g(n_right)＝F＝h(V)和[g(n_left)-g(n_right)]L＝M具体写为：

进一步化简可以得到约束条件为：

基于这两个约束条件，在一些典型的航速V∈[6kn,10kn]([3.09m/s,5.14m/s])以及典型的攻角α＝10°、20°、30°下求解得到的n_left、n_right为：

上述计算结果中，桨转速为正表示正转从而对船舶产生正向扭矩，桨转速为负表示反转从而对船舶产生反向扭矩。左右侧桨的桨转速的范围均为[0rpm,180rpm]，除了V＝10kn且α＝30°的情况，其余情况下求解得到的n_left和n_right均在[0rpm,180rpm]范围内，则直接对应作为目标桨转速N_left和目标桨转速N_right。而在V＝10kn且α＝30°的情况下n_left>180rpm，因此取N_left＝180.00rpm。在取N_left＝180.00rpm的基础上，若船舶的航行状态指示航速优先，则最终计算得到的N_right＝-42.56rpm，船舶的转向性降低。若船舶的航行状态指示转向性优先，则最终计算得到的N_right＝-70.49rpm，船舶的航速会适当降低。在该实例中，该船舶为近海科考船，操纵性更重要，也即船舶的航行状态指示转向性优先，则最终确定的目标桨转速N_left和目标桨转速N_right上表所示。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于桨转速差动的船舶航向控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定船舶的航速V以及流向所述船舶的舵的剖面的来流的攻角α；

在g(n_left)+g(n_right)＝F以及[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M的约束下求解得到左侧桨的目标桨转速N_left以及右侧桨的目标桨转速N_right，L是单侧桨的轴线到所述船舶的中线的距离；第三函数关系g()是预先拟合的桨转速与桨推力的函数关系，n_left表示左侧桨的桨转速，n_right表示右侧桨的桨转速；

按照目标桨转速N_left控制所述左侧桨转动、按照目标桨转速N_right控制所述右侧桨转动。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述求解得到左侧桨的目标桨转速N_left以及右侧桨的目标桨转速N_right，包括：

若计算得到的n_left和n_right中的一个桨转速在[n_min，n_max]范围内、另一个超出[n_min，n_max]范围，则将最小稳定转速n_min或额定转速n_max作为其中一个目标桨转速、并根据所述船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述将最小稳定转速n_min或额定转速n_max作为其中一个目标桨转速、并根据所述船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速，包括：

若n_left∈[n_min，n_max]但n_right<n_min，则确定N_right＝n_min并根据所述船舶的航行状态相应确定N_left；若n_left∈[n_min，n_max]但n_right>n_max，则确定N_right＝n_max并根据所述船舶的航行状态相应确定N_left；

若n_right∈[n_min，n_max]但n_left<n_min，则确定N_left＝n_min并根据所述船舶的航行状态相应确定N_right；若n_right∈[n_min，n_max]但n_left>n_max，则确定N_left＝n_max并根据所述船舶的航行状态相应确定N_right。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据所述船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速，包括：

当所述船舶的航行状态指示航速优先时，将已经确定的一个目标桨转速代入g(n_left)+g(n_right)＝F中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据所述船舶的航行状态相应确定另一个目标桨转速，包括：

当所述船舶的航行状态指示转向性优先时，将已经确定的一个目标桨转速代入[g(n_left)-g(n_right)]·L＝M中相应侧桨的桨转速中，并将求解得到的另一侧桨的桨转速作为对应的目标桨转速。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述船舶工作在常规航速操纵模式下时，确定桨总推力F和扭矩M并确定目标桨转速N_left和目标桨转速N_right；

当所述船舶工作在零航速操纵模式下时，按照预设对应关系确定与当前的航速V和攻角α对应的目标桨转速N_left和目标桨转速N_right，所述预设对应关系通过数值模拟或操纵性试验确定得到。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于升力系数

确定双舵产生的升力对所述船舶产生的扭矩为M＝P_yL′＝0.5ρV_r ²A_RC_yL′，其中，P_y为舵面升力，V_r是来流速度，ρ为所述船舶所在水域的密度，A_R是舵的面积，L′是舵面压力中心距离所述船舶水下以下型心的距离；

确定升力系数C_y与攻角α之间的第四函数关系C_y＝f(α)；

在V_r＝k·V的基础上结合得到双舵产生的升力对所述船舶产生的扭矩M＝C₀·V²·f(α)，以确定舵对船产生的扭矩M与航速V和攻角α之间的第二函数关系M＝s(α，V)，其中C₀＝0.5·ρ·k²·A_R·L′，k为系数。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过数值模拟方法或水池模型试验确定桨总推力与航速之间的第一函数关系。