大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上,针对船舶的减横摇问题,兼顾船舶的静倾问题,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统.综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的.这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷.以高速滚装船为例,建立了"船舶-减摇鳍-被动式U型水舱"系统的运动方程并进行了计算机仿真.通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论:这种综合减摇系统具有良好的减摇能力;在各种航态下(包括零航速)都能达到减摇要求;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能.船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义.     

可控被动式减摇水舱随机控制策略研究

在"船舶-可控被动式减摇水舱"系统数学模型基础上,根据安装减摇水舱的船舶在随机海浪作用下的横摇运动特点,利用成型滤波器以及在线辨识方法对"船舶-可控被动式减摇水舱"系统横摇运动进行预报,并利用预报信息以及实时测量信号对减摇水舱内液体进行控制,实现船舶横摇运动与水舱内液体运动的相位控制,使减摇水舱在不同航态以及不同海情下均有较好的减摇效果.     

U型水舱在船舶中的垂向布置问题

基于“船舶－被动式U型减摇水舱”系统运动微分方程，分析了U型减摇水舱在船舶中的垂向位置对船舶横摇质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶与水舱的耦合惯性矩等系统方程参数及对船舶横摇运动和舱内液体运动的影响。结果表明，水舱垂向位置高船舶横摇中心越远，由舱内液体引起的船舶横摇质量惯性矩和横摇复原系数越大，船舶横摇固有频率则越小。而耦合惯性矩则随水舱布置高度的变化呈减小的趋势。对于各种不同类型的船舶，存在一个使舱内液体不发生振荡的奇异位置，这时水舱不产生任何的减摇效果，船舶的横摇运动与不安装水舱时相同。利用我校所研制的减摇水舱模型性能摇摆台进行了水舱模型不同垂向布置时的强迫振荡试验，试验结果与仿真结果具有很好的一致性。指出了除水舱固有频率和水舱阻尼外，水舱在船舶中的垂直方向位置也是影响水舱减摇性能和船舶减摇后的横摇运动的主要因素之一，在减摇水舱设计初期应当予以考虑。     

收放式减摇鳍的工作原理与常见故障分析

减摇鳍是一种最常用并且减摇效果最好的主动式的减摇装置。目前,船舶的减摇系统最常用的的就是减摇鳍和减摇水舱。减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成了综合减摇系统（船态稳定系统）。这种综合减摇系统既综合了减摇水舱和减摇鳍的优点同时又克服了两者的缺陷。综合减摇系统的减摇性能好于单独使用减摇水舱和减摇鳍两者的性能。     

鳍/被动水舱联合减摇理论研究

本文在综合分析减摇鳍与被动减摇水舱两种减摇装置的优缺点的基础上,考虑某些特殊用途的船舶以及一些大型的军用舰艇在全航速下对船舶平衡要求较高的情况,采用了一种优良的全航速下的减摇方案--减摇鳍与被动水舱联合减摇装置.这种减摇装置将减摇鳍与被动水舱有效结合,有效地克服了减摇鳍与被动水舱的缺点,同时也放宽了对鳍静特征数的要求,这对于装有不可收放式减摇鳍的船舶具有实际意义.针对上述联合减摇装置建立了船舶/减摇鳍/水舱的数学分析模型,并进行了分析讨论.通过对一实船的理论计算,结果表明:鳍/被动水舱联合减摇方案与其它减摇装置相比有明显的优越性,这种装置弥补了减摇鳍和减摇水舱具有的缺点,为船舶减摇提供一种减摇的方法.同时,可在此基础上增加装置的功能,达到一定的经济性.     

船舶横倾姿态动态调整控制设计与仿真

针对船舶航行过程中,由于不均布载荷和随机海浪的作用导致发生不规则横倾运动的问题,通过集成横摇模型和减摇水舱控制系统,建立Matlab下的船舶浮态调整仿真模型。该模型控制系统采用PID控制算法,通过调整水舱水量保证船舶竖直的浮态位置。同时,分析不同遭遇角、波高下的海浪对船舶姿态的影响,并在该模型基础上设计了Kalman滤波器来滤除波浪干扰信号,确定船舶在不均布载荷作用下的真实横摇角度,证明Kalman滤波的实用性。通过比较仿真结果和理论计算值,确定横倾模型的正确性,同时验证该控制系统有利于提高船舶的横倾稳定性和安全性。     

船舶可控被动式减摇水舱的试验研究

可控被动式减摇水舱是一种新型高性能的船舶减摇装置,它是对被动式减摇水舱的一种改进.通过对气体的受力进行分析,推导了气阀的控制方程,在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上,建立了"船舶-可控被动式减摇水舱"系统的数学模型,推导了最佳控制策略的理论依据,当横摇角度与边舱液位的相位差成90°时,可控被动式减摇水舱能够得到最大的减摇力矩,减摇效果最佳.通过摇摆台试验确定了水舱模型的固有周期,实现了气阀开启和关闭的最佳控制问题,为实船装备可控被动式减摇水舱提供了试验数据和参考依据.     

可控式被动减摇水舱最佳相位PD控制策略研究

在"船舶-可控式被动减摇水舱"系统数学模型的基础上,综合船舶横摇运动信息设计最佳相位PD控制器,并对可控式被动减摇水舱气阀的开启和关闭进行控制。在不规则波下的仿真结果表明,与常规控制相比,采用最佳相位PD控制策略能够取得更好的减摇效果,最大程度上发挥可控式被动减摇水舱的减摇能力。     

油田守护船减摇水舱设计

为提高油田守护船上船员生活的舒适性和安全性,提升船舶的作业效率,要求船舶具有较好的耐波性。以某油田守护船为例,通过为其设计矩形减摇水舱,减小船舶的横摇幅值,适当增大横摇周期,减少甲板上浪,提升船舶的耐波性。阐述矩形减摇水舱的力学模型和设计原理,并根据设计原理给出该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计方案;通过减摇水舱模型试验和船模水池试验,论证减摇水舱对提升船舶耐波性的真实有效性。通过在船舶试航过程中对减摇水舱系统数据进行收集,证明该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计是成功的。     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律研究

可控被动式减摇水舱是对被动式减摇水舱的一种改进.文章在可控被动式减摇水舱系统数学模型的基础上,推导了最佳控制相位的理论依据,并对气阀开启和关闭时刻的选取进行了研究.对不规则波的仿真结果表明,根据船舶的横摇角速度进行气阀控制,满足最佳控制相位是行之有效的,它使可控被动式减摇水舱的减摇能力最大,减摇效果更佳.     

Research on the influence of action between fin and anti-rolling tank on the integrated stabilization effect

Through analyzing the roll model of the integrated system of fin and anti-rolling tank, this paper uses binomial equation to simplify the module and check how the approximate parameters simulate the original function. Based on the simplified module, the influence of fin and anti-rolling tank on the coefficient items of the roll module is discussed, and the influencing factors between fin and anti-rolling tank are analysed. And through simulation, the influence of action between fin and anti-rolling tank on the static characteristics, and the integrated stabilization effect, are analyzed.     

减摇鳍/水舱联合减摇系统模糊自适应滑模控制

针对减摇鳍和被动式减摇水舱设备在不同航速下的减摇特点,建立了船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统的横摇数学模型。结合模糊自适应控制良好的逼近特性和滑模控制算法对扰动和模型参数变化的不灵敏性,设计了减摇鳍/水舱联合减摇系统的模糊自适应滑模控制器。采用实船参数的仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的自适应性和鲁棒性,减摇鳍/水舱联合减摇控制系统在不同海况和不同航速下均具有良好的减摇效果。     

基于模型预测的主动式减摇水舱约束控制

由于边舱高度有限,减摇水舱中的流体在水舱内运动时会引起饱和非线性,给舱内流体运动的估计与控制带来困难.针对饱和非线性所带来的控制问题,建立船舶-水舱系统模型,同时基于约束条件设计了模型预测控制(MPC)策略.仿真结果表明,该控制策略在减少主动式水舱高能耗的同时,增强了对水舱内流体的控制,有效提高了水舱系统的减摇效果.     

基于多目标遗传算法舵鳍联合减摇系统能量优化研究（英文）

Energy optimization is one of the key problems for ship roll reduction systems in the last decade. According to the nonlinear characteristics of ship motion, the four degrees of freedom nonlinear model of Fin/Rudder roll stabilization can be established. This paper analyzes energy consumption caused by overcoming the resistance and the yaw, which is added to the fin/rudder roll stabilization system as new performance index. In order to achieve the purpose of the roll reduction, ship course keeping and energy optimization, the self-tuning PID controller based on the multi-objective genetic algorithm(MOGA) method is used to optimize performance index. In addition, random weight coefficient is adopted to build a multi-objective genetic algorithm optimization model. The objective function is improved so that the objective function can be normalized to a constant level. Simulation results showed that the control method based on MOGA, compared with the traditional control method, not only improves the efficiency of roll stabilization and yaw control precision, but also optimizes the energy of the system. The proposed methodology can get a better performance at different sea states.     

A design for ship stabilization by activated antiroll tanks

An activated antiroll tank system design for ship roll reduction was investigated. Considering the dynamics of the ship motion, tank flow, and variable-pitch impeller, a control law is derived based on optimal control and estimation theory. Finally, a series of numerical computations for a 1174 tonne ship without an antiroll tank system, with a passive tank system, and with the proposed activated antiroll tank system is performed. The results show that the proposed activated tank system has superior antiroll properties for free rolling, regular, and irregular sea loads to the passive tank system. In addition, this design has a very low sensitivity to variations in ship and tank dynamics. It shows that the proposed system is reliable and valid for practical use.     

变周期减摇水舱控制与仿真

减摇水舱的设计首先要考虑与船体的适配,同时在设计中要重点考虑水舱的阻尼与周期特性,其中周期特性是水舱最基本的特性参数,适用周期范围越宽,减摇效果越理想。针对变周期减摇水舱的相当长度与一般U型水舱相当长度计算的不同之处——其连通道宽度可调且边舱面积随边舱外壁角变化而变化,通过积分方法推导出了可变周期减摇水舱相当长度的计算公式,提出了一种适用于变周期减摇水舱的估算方法。所设计的变周期减摇水舱采用连通道挡板控制改变周期,避免了气阀控制的时间延迟问题,还可根据船体运动规律调整连通道阻尼挡板以提高减摇效果。以某型船为例,建立了船舶减摇水舱仿真模型。经减摇水舱自由衰减振荡数值仿真方法验证,所提出的周期估算公式可靠。采用该模型研究了变周期减摇水舱的控制方法,结果表明,在其工作范围内,可使横摇角始终保持在8°以内,可以在5.5～18 s的周期范围内有效减摇,大大超过了被动式减摇水舱的工作频带。     

舵减摇系统的滑动控制

研究舰船在波浪中的横摇运动特性,探讨舵减摇系统控制机理。在考虑舵作为减摇设备使用的特性基础上,进行滑动控制规律设计,所得算法简单、实用性强     

基于万吨溢油回收船的平面被动式减摇水舱优化和模型试验

为进一步掌握平面被动式减摇水舱内水位的变化对减摇效率的影响规律,以某万吨级溢油回收船为研究对象,选择5档水舱水位和无水状态分别进行静水横摇衰减模型试验、规则波模型试验和4级海况下的不规则波模型试验,对减摇水舱内水位的变化对目标船固有周期、阻尼特性和减摇效率的影响规律进行对比分析。研究结果表明:水舱内的水位增加对目标船的横摇固有周期和阻尼系数都有影响;当水舱内的水位在水舱总高的50%以内时,减摇效率随水位的增加而提高;当水舱内的水位在水舱总高的50%~60%范围内时,减摇效率最高;当水舱内的水位在水舱总高的60%以上时,减摇效率有下降的趋势。