基于模型试验的气垫船低速破冰机理研究

为探索气垫船低速航行时的破冰机理,在低温拖曳冰水池中开展了系列模型试验研究.在模型试验中,以一艘内河自航气垫破冰船为原型,分别基于弗汝德和柯西相似准则建立了合理的模型试验相似体系.结合原型结构信息和实验室条件,确定了适当的模型比尺,从而加工制作了与原型结构相似的气垫船模型.气垫船模型同样由垫升风机、气道结构、支撑结构和围裙结构四部分组成.在各组试验中,调节气垫船模型的垫升高度,在试验拖车驱动下以相同的航速穿过模型冰排,并在试验过程中使用测力传感器和压力传感器测量结构的航行阻力和垫升压力.通过细致观察气垫船模型与模型冰排的相互作用过程,结合测得的航行阻力和垫升压力,解析了气垫船的破冰过程,揭示了气垫船在低速航行时破冰的关键机理.通过试验发现,气垫船只有达到一定吃水深度时才能有效破冰.气垫船低速航行时的破冰机理是在冰下形成稳定的气腔,促使冰排在上部结构和下部高压气体的共同作用下发生弯曲破坏.     

气垫船波浪载荷预报方法研究

高速气垫船对船体结构重量控制严格,而合理确定作用于船体的波浪载荷是结构设计、优化和安全性评估的基础。本文在气垫船船体结构受力特点分析的基础上,采用“分段船模”模型试验方法对目标气垫船开展了波浪载荷预报研究,重点解决了试验模型垫升系统动力特征相似、重量控制等关键问题。试验结果能反映目标气垫船围裙气垫的响应特点,说明所用分段船模试验方法预报气垫船运动与载荷的结果可信。基于此,对目标气垫船波浪载荷设计值的规范计算结果表明,给定的载荷规范计算方法可为气垫船结构设计提供参考。     

全垫升气垫船登滩运动特性分析

全垫升气垫船在登滩爬坡过程中运动特性变化较大,需进行深入研究为驾驶员的操作提供理论支撑。文中通过全新的测试方法,获得某型气垫船实船的登滩过程中航速、轨迹、姿态、压力、加速度等运动参数,并进行分析、研究。结果表明气垫船在登滩爬坡过程中纵倾角和压心位置会产生较大波动。通过该测试方法,首次实时同步获得全垫升气垫船登滩过程的运动参数和运动规律,对于完善气垫船的登滩理论体系和改进驾驶员操作方法都具有现实意义。     

气垫船操纵性能理论分析

研讨了全垫升气垫船垫态航行时的操纵性.利用所建立的气垫船六自由度仿真系统和航向保持控制系统使气垫船进入稳定直航后,进行了操舵回转特性和螺距差回转特性仿真试验研究,并进行了验证气垫船直线稳定性的回舵试验和航向保持能力的Z形机动试验.最后,对仿真试验结果进行了详细分析,并对气垫船的操纵特点进行了论述.     

国产侧壁式气垫客船问世

今年春天,在安徽巢湖北部,经常可以看到一艘船艏鼓出围裙、前后喷吐白雾的气垫船在波光粼粼的湖面上往返飞驶。原来,这是一艘侧壁式气垫客船正在进行试航。七十年代中,上海船研所与安徽省交通厅协作研制内河气垫船,1975年曾建成一艘总重为5吨的试验船,进行了多年试验研究,81年初研制成这艘40客位的气垫船。     

侧壁式气垫船大倾角稳性的探讨

高速行驶的侧壁式气垫船,在其承受外力或回转离心力作用而产生倾覆的过程中,不仅涉及初稳性问题,而且,也涉及大倾角稳性问题。因此,在研究侧壁式气垫船初稳性的基础上,有必要进而研究其大倾角稳性,方能较全面掌握该型船舶的稳性状况,确保侧壁式气垫船的航行安全。本文从流体力学观点出发,用数学方法推导侧壁式气垫船大倾角稳性的计算式,并提出了改善大倾角稳性的有效途径。     

内河喷水气垫船的研制

上海船舶运输科学研究所与安徽省交通局、巢湖船厂协作研制内河气垫船的过程中,对侧壁气垫船用于内河浅水航道,提高经济性,简化动力装置,采用玻璃钢作为船体材料等方面的问题作了一些探索。1975年建成5吨     

大型气垫船阻力特性仿真与影响因素分析

气垫船在实际航行过程中,海洋环境和装载条件都会对船体阻力产生影响,难以利用实验手段直接得到不同影响因素下的阻力特性。通过计算机建模将各阻力分量进行耦合,采用变步长4阶5级龙格库塔算法,建立了气垫船阻力模型。利用该模型进行仿真计算,并将所得到的结果与实艇试验反推数据进行对比分析,所建立的模型较好地反映了气垫船阻力特性。在此基础上,又将不同海洋环境和装载作为输入参数,得到了在不同影响因素下的阻力特性曲线。研究结果表明,相较其他因素而言,海况变化对气垫船阻力产生的变化影响最大。     

全垫升气垫船操纵运动研究

本文用大振幅平面运动机构对全垫升气垫船模型进行了约束试验，测得了作用在船上的水动力，在此基础上用计算机解气垫船操纵运动微分方程，预报气垫船的回转性能，并与实船试验的结果进行了比较，两者吻合较好。     

气垫船碰撞冲击动力学响应三维数值模拟

基于有限元法建立气垫船碰撞数值模型,选取适合于气垫船碰撞的主从面接触算法,模拟气垫船在进、出坞时与舱口栏杆及舱壁碰撞的整个过程。由于气垫船质量与母舰相比极小,因此忽略其对母舰运动的影响,将舱壁及舱口围壁简化为刚性结构。在此基础上,分析气垫船与刚性平面及刚性曲面碰撞过程中的变形损伤、重心位移、重心速度及碰撞力的大小。分析结果表明,气垫船的碰撞过程分为弹性和塑性2个阶段,在塑性阶段产生的损伤具有局部性,且气垫船与曲面碰撞时更易产生横向摆动。     

气垫船模围裙振动平台试验与理论研究

结合气垫船模围裙振动试验平台项目,用L abV IEW语言开发了该试验平台的测试系统,并测得某中型气垫船相应船模的升沉、纵摇与横摇的频率响应。利用传递矩阵的形式推导了耐波性计算公式,对该船模相应实船进行理论计算,验证了气垫内空气可压缩性对该类大中型气垫船升沉运动响应的重要性。同时分析了实船计算结果与振动平台试验值之间存在差别的原因。     

虚拟样机技术在气垫船推进系统特性研究中的应用

由于气垫船的结构特点,传统的研究方法不适于气垫船推进系统特性研究.本文将现代虚拟样机技术引入气垫船推进系统特性研究中,对气垫船船体和轴系建模及船体-推进系统的耦合方法进行了比较研究.并应用本文提出研究方法,对某型气垫船推进轴系进行了动态支承力的仿真研究.     

气垫船动力装置系统振动特性研究

本文以一艘全垫升气垫船为研究对象，对其动力装置系统各支架局部振动进行了试验研究，提出了动力装置系统各支架振动特性计算的数学模型并进行了有限元动力分析，对计算结果和试验结果进行了比较研究，得出了一些重要结论，可为同类船设计者提供参考。     

基于对象模型的气垫船航行控制专家系统

本文介绍了一个基于对象模型的气垫船航行控制专家系统，系统先建立气垫压力分布控制的数学模型，然后按照气垫压力分布均匀的控制要求设计推理系统，系统在执行推理的过程中，实现气垫船升沉自动控制的目的。     

气垫船垫升推进系统控制仿真

以某型气垫船的动力系统为对象,建立了垫升推进系统的数学模型及船体的运动学模型,并以SIMULINK为平台对该系统进行了仿真建模[1],在此基础上,通过对系统动态特性的分析,对该系统进行了简单PID控制器和串级PID控制器的设计,并分别对两类控制系统进行了动态仿真和比较分析.仿真结果表明,串级PID控制系统较简单PID控制系统具有更为优越的动态性能,能较好地保证气垫船的垫态稳定性,以满足工程要求.     

Course-keeping control of underactuated hovercraft

The course-keeping control of underactuated hovercraft with two aft propellers was considered. The control of the heading error and cross-track error was accomplished by the yaw torque merely in this case. The hovercraft dynamic model is nonlinear and underactuated. At first the Controllability of course-keeping control for hovercraft was proved, then a course-keeping control law was derived that keeps hovercraft heading constant as well as minimizes the lateral movement of hovercraft. The proposed law guarantees heading error and sway error all converge to zero exponentially. Simulation tests were carried out to illustrate the effectiveness of the proposed control law. For further research, the disturbance influence would be considered in the dynamic equations.     

气垫船垫升性计算与分析

近年来气垫船以其独特的性能特征发展迅速,行业主要增长动力集中在民用气垫船市场,小型民用气垫船销量增长较快,而从下游来看,旅游行业对于气垫船的采购占比最大。此外,各国政府单位也在逐年提高气垫船作为公务船的采购量,例如各地方海事局、消防局和农林局等。本文主要以某项目气垫船最具特点的垫升性为例，通过行业标准初步计算与软件程序数据校核相结合的方式进行分析，最终得出此项目在标准垫升工况下的垫升性具备合理性，为后续的生产工作提供了技术保障。     

基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统研究

针对全垫升气垫船气液介质复杂场景实时再现仿真需求,基于粒子系统原理和OSG渲染平台,考虑气垫船近场波浪高程模型、气垫船垫升系统压力及流量仿真模型以及气垫船气流场特点,提出了一种基于多模型的气垫船航行时气液介质特效仿真框架和实现方法。搭建了该技术的体系结构和实现流程,解决了不同开发环境下建立的异构模型仿真问题,并通过仿真模拟计算验证了该技术的可行性和正确性。仿真结果符合气垫船航行时的气液介质外形特征、作用范围以及气液介质产生的随机性和规律性特征,能快速逼真地实现气垫船航行时气液介质视景特效,对增强气垫船模拟训练效果具有重要的意义。     

全垫升气垫船控制研究综述

介绍了气垫船的性能、特点及国内外的发展概况;对比分析了2种类型气垫船(全垫升式气垫船、侧壁式气垫船)的主要性能及其主要应用范围;介绍了全垫升气垫船、侧壁式气垫船综合控制研究现状;简要介绍了全垫升气垫船水平运动控制、升沉运动控制方法;展望了全垫升气垫船的应用前景及所带来的社会效益;分析了市场对气垫船的需求及其推广的可行性.     

气垫平台天线间隔离度分析研究

气垫平台上装备了大量的电子、电气设备和大功率发射天线,同时,气垫平台的船体与一般舰船相比,在垫态航行时艇体与海水绝缘,电磁兼容十分特殊。天线之间的耦合是无线电系统间电磁干扰的主要传输途径,天线隔离度是分析天线间电磁干扰影响的关键指标,开展天线间隔离度分析对电磁干扰研究十分重要。针对气垫平台船体的特殊性和电磁兼容性特点,基于电磁仿真基本原理,建立了气垫平台电磁模型,采用电磁仿真方法分析计算了天线间隔离度,并分析了气垫平台与海平面连接和不连接时隔离度影响。通过实测进行了验证,为开展总体电磁兼容工程研制提供了技术支撑。