水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇纵向运动预报

为了探究水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇的运动响应,本文基于喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立了水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇非线性纵向运动数学模型。分析了在水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇滑行过程中的受力特性,确定了艇体受到的重力、浮力、动升力、水翼的升阻力及力矩等。提出了可控水翼对滑行艇运动过程中的升沉量和纵倾角的控制策略。完成了0~8级线性风、周期风、随机风作用下水翼变攻角和水翼变攻角+纵向运动对滑行艇运动升沉量和纵倾角控制结果分析。结果表明,当主机输出功率一定时,水翼变攻角可以控制滑行艇的升沉量,弱化纵倾角幅度,而水翼变攻角+纵向运动可以同时控制滑行艇的升沉量和纵倾角。本文为水气双重介质共同作用下可控水翼对滑行艇纵向运动预报提供了有效的研究方法。     

水翼艇及其控制方法综述

概述水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行分析研究;重点总结水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行分类;对水翼艇的纵向控制方法进行研究。最后,分析目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行展望。     

水翼艇及其控制方法综述

作为高速船舶中的一种,水翼艇以其优异的快速性、耐波性、操纵性及经济性等特点得到广泛的发展和应用。本文首先概述了水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行了分析研究。重点总结了水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行了分类,对水翼艇的纵向控制方法研究进行了简要总结。最后,阐述了目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行了展望。     

“101”水翼试验艇的纵向运动及其控制

本文讨论了“101”水翼试验艇的纵向运动及其控制,给出了纵向运动方程。根据艇所遭遇的干扰是随机海浪,采用能量谱分析法,通过电子计算机进行控制系统的设计。并在转台上进行了物理模拟试验,对控制系统作了进一步检验。最后,在有、无自控的情况下进行了多次实艇海上对比试验。 实艇试验结果表明;控制系统效果显著,艇在3级设计海况中能高速平稳翼航,纵摇θ_(3％)<1.2°;升沉加速度h_(3％)<0.4g;水翼不跳出水面,浪亦未击艇体,达到了设计要求。     

基于卡尔曼滤波的水翼艇纵向运动研究

分析了水翼艇的运动方程并通过适当的假设将其线性化,建立水翼艇纵向运动状态空间方程,同时给出了系统状态的测量方程,运用卡尔曼滤波对其纵向运动进行滤波.文中同时给出了MATLAB仿真计算结果,分析其方差和最大误差,验证了结果的正确性.     

SWATH纵向运动稳定性分析与航行姿态控制研究

论文参考水翼艇运动方程对SWATH(小水线面双体船)纵向运动进行了理论推导,得出了特征方程。将该方程应用到了某型SWATH中,对该船光体的纵向运动稳定性进行了预报分析。结合空气动力学提出了稳定鳍的设计方法,并对稳定鳍和船舶光体耦合后的运动稳定性进行了预报分析。通过对两次预报结果的分析比较,证明了采用固定式稳定鳍调节SWATH航行姿态的可行性。     

水翼艇纵向运动多变量鲁棒控制

为了提高水翼艇纵向运动控制的鲁棒性,采用MIMO闭环增益成形算法设计了鲁棒控制器.给出了水翼艇纵向运动传递函数形式的数学模型,通过镜像映射方法将不稳定模型转换成稳定的数学模型.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器将纵摇角降至了原来的25%并对模型摄动具有鲁棒性.     

高速双体滑行艇加装水翼试验研究

双体滑行水翼艇是一种集双体滑行艇和水翼艇为一体的复合型高速艇,通过双体船增加艇自身横向稳性及其耐波性。在双体滑行艇两片体内侧增设滑行水翼面,在运动过程中,航速达到一定值后,水翼的水动效应为艇体提供一定的升力,使艇体上升,减小艇底湿面积及其阻力,使双体滑行艇阻力大大降低。双体滑行水翼艇兼备了双体滑行艇和水翼艇两者优点,双体滑行水翼艇综合解决了高速艇稳性和快速性问题,使艇的技术性能得到很大的提高。     

可调桨水翼艇智能推进系统初步综合优化设计研究

从快速性、航速控制和动力系统3个方面分别进行了综合分析，建立了水翼艇智能推进系统的数学模型。然后在VC 平台上，以遗传算法作为优化方法，编制了水翼艇智能推进系统初步综合优化设计的计算程序，同时给出了算例。计算结果表明该算法对于本文提出的水翼艇智能推进系统的数学模型的优化是有效且可行的。     

水翼艇最佳控制研究

本文探讨了最佳控制在水翼艇姿态控制上的应用,使用数字机对全浸式水翼艇的控制进行辅助设计和闭路仿真。初步结果表明:基于现代控制理论设计的自动驾驶仪,可以取得显著优于古典控制的控制效果。对所论最佳控制系统的实现,本文提出并论证了一种切实可行的水翼艇分级-分散微处理机控制方案。     

水翼参数对水翼复合小水线面双体船纵向运动性能的影响

以静排水量为400 t的水翼复合小水线面双体船HYSWATH为研究对象,对其纵向运动性能进行数值模拟,将理论计算结果与模型试验结果进行对比分析,验证CFD理论计算方法的可靠性。并且以此为基础,研究水翼参数变化对HYSWATH纵向运动性能的影响,为后续该类船舶的设计提供理论参考。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

高速复合水翼双体船的运动预报(英文)

基于2.5D理论,考虑粘性影响,预报了高速复合水翼双体船在规则波中的运动响应,并与试验结果进行了比较.在计算过程中,对复合水翼模型进行了简化,且计算了不同升力浮力比对运动的影响.结果反应出在计算高速双体船和水翼双体复合船型纵向运动性能时,水的粘性影响不可忽略,且计算表明计算值与试验值符合较好,文中提供的方法可提高这类高速水翼双体复合船型的运动预报精度.     

水翼对斜浪的运动响应

水翼船实船使用表明,在斜浪作用下,“全浸式”水翼船的运动性能明显优于传统的“割划式”水翼船。根据这种现象,结合一型川江水翼客船的设计需要,针对上述两种水翼型式进行了实船调研、理论分析与计算、模型试验等大量研究工作。阐述了其主要研究结果,以供水翼船研究设计参考。     

大型船舶航迹多变量随机最优控制

基于随机控制理论，研究了大型船舶航迹的随机最优控制。以Mariner号船舶为研究对象，建立了该船的运动方程和干扰模型，在此基础上，利用卡尔曼滤波器对航向角Ψ、舵角δ、船位信息(经纬度)等进行最优估计，采用LQG随机控制方法对航迹进行随机最优控制。仿真结果表明航迹控制性能良好，能精确保持航迹。     

The estimation of wave elevation and wave disturbance caused by the wave orbital motion of a fully submerged hydrofoil craft

The current control system of a fully submerged hydrofoil craft has manual input of fore-foil depth and control mode selection to improve the performance of the control system. However, the manual input needs skillful human operation and observation of waves the encountered to work well over a wide range of waves. In order to use information about the waves encountered in the control system, we considered the estimation of wave elevation and wave disturbance which was caused by the orbital motion of the waves in irregular waves. First, we investigated the wave disturbance by a fully submerged hydrofoil craft, in a state-space model of wave disturbance, and in hydrofoil craft motion, etc. We than considered estimations of the wave elevation and wave disturbance using a shaping filter, a Kalman filter, an autoregressive (AR) model, etc. Finally, we confirmed through simulations that the estimation results and estimation error of wave elevation and wave disturbance were valid.