船舶减摇水舱控制技术现状与展望

减摇水舱结构简单、造价低廉、便于维护保养,特别是其减摇效果不受航速制约,是应用最广泛的减摇装置之一.文章首先介绍减摇水舱的类型和工作原理,接着综述了船舶减摇水舱控制技术的研究现状,重点描述了各种减摇水舱控制算法,最后展望了减摇水舱控制技术的发展趋势.     

船舶减摇技术现状及发展趋势

传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等,本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置,包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等,并对未来的新型减摇装置进行了预测。     

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.     

船舶减摇水舱试验台架横摇运动模拟

本文介绍了由微机控制的船舶减摇水舱试验台架，利用这套试验装置可以实时模拟在规则波和不规则波情况下装备有水舱的船舶的摇摆，这里着重介绍了对船舶影响最大的横摇的模拟，从而为研究减摇水舱对船舶的作用，评估其减摇效果，为研究和设计减摇水舱提供了可靠的依据。     

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。     

可控式U型被动减摇水舱的减摇效果

建立了船舶-水舱系统的运动方程,分析了U型减摇水舱对船舶的作用,导出了反映可控式U型被动减摇水舱设计减摇能力容量的理想减摇效果的计算公式.定义了反映水舱安装高度对理想减摇效果影响的横向特征面积,定义了影响水舱固有振荡周期和理想减摇效果的水柱特征长度.指出了设计使横向特征面积越小或者使水柱特征长度越大或者使振荡阻尼系数越小皆有利于提高理想减摇效果.     

INTERING减摇水舱

1 导言在通常情况下,横摇稳定可避免损坏货物和船舶,改善旅客和船员的舒适性及减少船舶阻力。这里介绍的Intering减摇装置,它综合考虑了昂贵的减摇鳍装置和被动式自由液面舱之间的关系。因此,该装置价格合理,安全性高,效果好。安装该装置不会损失有用的舱室容积,其操作不受航速影响,也不必在船体壳板上开口,能有效地提高船舶的经济性。该减摇装置最适合于下列类型的船舶:滚装船,渡船,集装箱船以及有边舱的各类船舶。 Intering减摇装置的原理是基于一个与龙     

参数频率响应法在"双水舱"系统中的应用

使用两个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱能给横稳心高变化范围很宽的船舶提供很好的减摇效果,本文给出了参数频率响应法,推导了装备两个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱的船舶横摇频率响应函数,分析了影响船舶横摇频率响应幅值的水舱参数。通过仿真详细研究了水舱参数对船舶横摇减摇的影响。研究结果对于双被动式U型减摇水舱的设计具有重要的指导作用。     

减摇水舱技术的工作原理和应用

船舶横摇对船舶的安全和舒适性影响很大,通过不同的方式来减轻船舶横摇对船舶的影响是船舶设计者一直考虑的问题。被动可控式减摇水舱,因其减摇效果显著、清洁节能的优点正被广泛应用在各类船舶上。     

基于Matlab的船舶减摇水舱自动控制与仿真研究

稳定性是船舶航行质量的重要指标,远洋航行的船舶受到海风、海浪的影响,往往会发生横摇、振荡等运动。其中,横摇是指船舶在风浪作用力下产生的周期性摇摆运动,甚至会引起船舶发生倾覆等危险事故。因此,船舶工业领域投入了大量的物力、财力开发船舶的减摇装置,常见的减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱等。减摇水舱依靠船舶横摇运动的能量使水舱内的水流动,产生的力矩可以有效地降低船舶横摇,具有结构简单、成本低、易于控制等优点,广泛应用于集装箱运输船、科学考察船等。本文针对船舶的减摇水舱,在仿真平台Matlab中研究了减摇水舱的自动控制系统,并进行了减摇水舱的结构优化设计和控制响应的仿真。本研究对改善船舶减摇水舱的自动化水平,提高结构强度有一定的指导意义。     

被动式“U”型减摇水舱分析和试验

本文介绍了１２０车位滚装船“Ｕ”型减摇水舱的工作原理，减摇效果的预报和实船的试验。     

船舶减摇方式介绍及发展趋势

针对船舶的减摇问题,综述了船舶减摇的几种方法,分析了船舶主要减摇装置舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、减摇舵的优缺点,指出了存在的技术难题,并展望了有价值的研究方向。     

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.     

主动式减摇水舱控制系统在船舶模型设计的应用

稳定性是船舶能否正常运行的重要指标,船舶在日常工作时受海风、海浪等干扰作用力的影响,往往会发生横摇、垂荡等不规则运动,如果产生的运动幅度过大,很可能导致船舶倾覆等危险事故。因此,业内研究人员一直将船舶的减摇视为重点研究方向。主动式减摇水舱利用控制系统产生力矩,并抵消船舶发生横摇等运动的力矩,使船体保持稳定,具有结构简单、成本低等优点,广泛应用于各类大型舰船上。本文针对船舶的模型试验过程,开发了一种主动式减摇水舱控制系统,并介绍该控制系统的硬件组成和功能,在Matlab中进行了减摇特性试验。     

横荡对被动式减摇水舱运动的影响研究

被动式减摇水舱是减少船舶摇摆的重要装置之一,目前对它的研究大多数都只针对单纯横摇运动。而本文在考虑了横荡对水舱运动的影响后,基于U型被动式减摇水舱理论推导了耦合横荡的“船舶一水舱”系统的数学模型,并通过仿真和试验研究证实了考虑横荡对水舱的影响是很必要的,更符合于实际情况。     

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.     

船舶减摇水舱设计研究

在介绍两种被动减摇水舱设计方法的基础上,通过对水舱中液体转动惯量的取舍问题进行讨论,在考虑减摇水舱中液体的流动的情况下,引入一计算水舱中液体转动惯量的修正系数.根据实际船舶参数按照上述确定水舱中液体转动惯量的方法给出了减摇水舱设计结果和对应的减摇效果仿真结果.在减摇水舱的设计中,为正确计算和评价被动水舱的减摇效果,提高了精度.为合理地确定减摇水舱通道的放大系数等减摇水舱设计参数提供了更合理的依据.     

基于被动式PD控制策略的“双水舱”减摇系统研究

被动可控式U型减摇水舱利用气阀开关控制水舱内液体运动,使之与船舶横摇运动保持π/2相位差。文章针对在随机海浪下水舱被动控制中存在的问题,提出了由两个被动可控式减摇水舱组成的被动可控式双水舱减摇系统,文中对双水舱系统的数学模型及系统设计方法进行了研究,并提出利用不同的船舶横摇信号分别控制两个水舱内液体流动的被控式PD控制策略。以高速滚装船为例,对双水舱系统进行了计算机仿真,仿真结果表明被动可控式双水舱系统在更宽的海浪干扰频率范围内具有更好的减摇效果。     

基于极点配置的减摇水舱试验台架控制系统的研究

船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备，准确模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键，试验台架系统用电液力矩伺服控制系统来模拟海浪力矩。本文研究了极点配置控制方法在电液力矩伺服系统上的应用并进行仿真，仿真结果符合要求。     

可控被动式减摇水舱控制策略研究

从未减摇和装减摇水舱后的船舶运动方程出发,对可控被动式减摇水舱的水舱控制策略进行了研究,指出应从充分发挥减摇水舱的性能角度出发,选择水舱的最佳控制策略。从能量最少角度考虑,当波浪频率远离船舶谐摇频率时,可以考虑选择关闭水舱的方式进行控制。仿真结果表明,存在一个最佳控制策略,能够使水舱的性能得到充分发挥,这时水舱减摇效果最高。