零航速下变鳍型减摇鳍升力模型研究

升力数值的大小直接影响零航速下船舶减摇效果。为产生足够升力实现船舶在零航速下的有效减摇,提出了基于变形鳍的零航速减摇鳍设计方法。基于势流理论和旋涡作用力理论对变鳍型减摇鳍在零航速下升力进行分析,给出了升力解析表达式。通过计算流体力学软件Fluent对变鳍型减摇鳍进行升力数值计算。最后将Fluent计算结果与解析表达式结果对比,升力值基本吻合,验证了该种升力分析方法的正确性,为零航速下减摇鳍的设计提供了理论支持。     

升力反馈控制减摇鳍系统

对减摇鳍的静态、动态水动力特性进行了分析研究,指出影响鳍的动态升力特性的本质原因.讨论了传统的鳍角反馈减摇鳍设计原理存在的问题,指出鳍角反馈在运动过程中不能正确反映鳍的动态水动力特性.在鳍角反馈的基础上,提出了升力反馈控制方式,通过直接测量鳍上的动态升力作为系统的反馈信号.以某型船的减摇鳍设计参数为参考,采用升力反馈控制,以必要的工程条件为限制条件,进行了角度反馈控制与升力反馈控制的对比仿真试验研究.仿真结果对比显示升力反馈控制可以有效弥补鳍角反馈控制方式存在的控制偏差,使减摇鳍系统的综合减摇能力得到显著提高.     

特种减摇装置的升力模型优化

减摇鳍是一种特种减摇装置,它在船舶减摇装置中占有重要地位,本文首先对低航速减摇鳍在水中运动所受的作用力进行分析。其次,利用计算流体力学仿真软件Fluent对减摇鳍在低航速状况下进行仿真分析,并利用Matlab拟合出低航速减摇鳍的动态升力模型。最后,对拟合出的动态升力公式进行验证。结果分析表明:拟合出的动态升力公式可以很好的反应减摇鳍在低航速海况下进行主动拍击过程所产生的升力,可以为舰船在低航速海况下设计减摇控制系统提供一定的参考。     

减摇鳍控制策略优化

横摇是对船舶航行影响最大的运动,为减少船舶横摇人们发明了各种减摇手段,减摇鳍是其中最有效的一种。为提升减摇鳍的减摇效果,探索更优化的减摇鳍控制方法,文章主要研究减摇鳍的鳍角反馈与升力反馈之间的区别。研究结果表明:采用升力反馈可以避免采用鳍角反馈控制减摇鳍时在鳍角与升力计算中所产生的映射误差,避开了鳍角与升力间转换的不确定性,提高了减摇效果。     

升力/鳍角综合控制减摇鳍的研究

理论上升力反馈控制减摇鳍可屏蔽鳍角反馈控制减摇鳍在鳍角与升力计算中的映射误差,但在实际应用中,升力鳍系统的升力检测问题和传感器的安装问题存在一些技术难点,并不能达到理论上的减摇效果。升力/鳍角综合控制减摇鳍系统应用了信息融合技术,综合了升力和鳍角传感器所提供的局部信息,消除信息之间的冗余和矛盾,利用信息之间的互补来获得对升力信号的相对完整一致的描述。建立了系统的模型,并用该控制方法对系统的融合和减摇效果进行了仿真。结果表明,这种控制系统在各种海况下都能达到减摇要求,而且减摇性能也好于单独使用鳍角反馈和升力反馈的控制系统。     

基于有限元分析的船舶零航速减摇鳍升力机理研究

减摇鳍是船舶应用最为广泛的主动式减摇装置,其在船舶高速航行时具有良好的降低横摇的功能。但是,当船舶航行速度较低或者零航速驻停时,减摇鳍的效果会大打折扣,因此,研究船舶零航速时的减摇鳍升力机制,使减摇鳍在船舶零航速下仍具有良好的减摇效果是国内外的研究重点。本文基于有限元分析技术,建立船舶减摇鳍的升力函数模型,研究了船舶零航速时的减摇机理,并在此基础上设计了船舶零航速下的减摇鳍系统。     

仿生减摇鳍升力数学模型的全局误差与稳定性

研究了零航速时仿生减摇鳍产生升力的数学模型,讨论了Weis-Fogh 机构如何旋转才能产生船舶减摇所需要的指定升力,其基础为Weis-Fogh 机构理论.首先把问题转化为求解微分方程问题,依据吕卡提方程,给出模型周期解的存在性和稳定性条件;然后采用单步Runge-Kutta方法求出模型的数值解,并分析数值解的全局误差;最后给出保证数值解稳定的条件,并用相应的数值试验予以验证.     

仿驼背鲸减摇鳍升力数值计算

驼背鲸鳍的前缘突出部有利于鳍上的升力提升.提出了一种模仿驼背鲸前鳍的减摇鳍,这种鳍型的前缘有正弦形的突出部.借助计算流体力学软件FLUENT,对这种模仿驼背鲸前鳍的新型鳍型进行了数值模拟流场计算,并与相同几何尺寸的标准NACA0015减摇鳍所测得的水池实验数据进行了对比,发现采用了前缘有圆形突出部设计的新型减摇鳍在相同条件下能提供更多的升力.对升力的增加机理进行了简要的分析.     

基于动态反馈线性化的海洋机器人近水面横摇减摇控制

海洋机器人在近水面低速航行时,在海浪干扰下将产生横摇运动,严重影响机器人安全性能,因此利用零航速减摇鳍系统对横摇运动加以有效控制.针对机器人非线性运动模型及零航速减摇鳍升力模型的特点,利用动态反馈线性化方法设计横摇减摇控制规律.该方法通过将原系统扩展为含有伪状态变量的新系统,实现系统线性化,解决由减摇鳍升力模型引起的系统非线性形式控制输入的问题.理论证明及仿真结果表明该横摇控制规律是稳定有效的.     

零航速减摇鳍水动力特性分析

分析零航速减摇鳍的升力模型和力矩模型,探讨正弦运动的鳍产生最大升力和最大转鳍力矩与转鳍速度的关系,经对比发现,同一鳍角幅值转鳍下任一时刻升力的大小与经过该点的角速度的平方成正比。为此,采用通用CFD软件计算方法,验证理论模型的规律,在数值仿真的基础上,拟合升力公式和力矩公式的各个系数,并将实船试验转鳍力矩与仿真结果进行对比,结果表明仿真结果能较好地反映实际转鳍力矩的变化规律。