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。     

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。     

我国第一艘全铝焊水翼客船“飞鱼号”研制成功

<正>水翼艇在二次世界大战之后发展迅速。苏联自1958年第一艘水翼客艇“火箭号”取得成功之后,几乎每二年即研制出一个新型号。至今已有大小十二个型号,累计建造约二千余艘,成为内河和沿海客运的主力,并有大量水翼艇出口。美国波音飞机公司建造了世界上最大、耐波性最好、可航行四级海情的全浸自控水翼客艇,称为“喷翼”艇。     

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。     

水翼艇操纵特点及操纵注意事项

结合理论和实际探讨水翼艇的操纵特点,在此基础上提出水翼艇的操纵注意事项,使水翼艇驾驶人员对水翼艇的操纵性能有更深刻的了解,从而避免事故的发生.     

影响槽道水翼艇阻力和航态的因素分析

在槽道艇的槽道下方装上首尾水翼以及在艇尾装上尾压浪板对艇的阻力及航态有较好的改善效果。通过对4种不同尺度、不同排水量的阻力性能、航态进行试验分析，得出了有利于阻力、航态的水翼翼型、水翼安装角、水翼安装位置，尾压浪板的安装角及其与水翼最佳配合的结论。     

水翼艇操纵特点及操纵注意事项

结合理论和实际探讨水翼艇的操纵特点，在此基础上提出水翼艇的操纵注意事项，使水翼艇驾驶人员对水翼艇的操纵性能有更深刻的了解，从而避免事故的发生。     

混沌随机算法在水翼艇推进系统控制仿真及优化设计上应用研究

在MATLAB的平台上,利用Simulink建立了水翼艇智能推进系统的仿真模型,运用MAT-LAB的M文件编制了其混沌优化程序,并用该程序对水翼艇推进系统的控制器参数进行优化设计,使推进性能有明显提高。混沌优化程序还可用于水翼艇推进系统控制参数的实时配置。     

水翼艇纵向运动多变量随机最优控制仿真

基于随机控制理论，针对全浸式水翼艇的多变量随机控制方法进行探讨，并着重分析水翼艇的纵向运动姿态的随机最优控制。首先，依据动力学原理对其运动方程的建立和线性化进行了推导。其次，利用线性卡尔曼滤波器对其纵向运动姿态进行估计，依据LOG性能指标构造了最优控制规律。通过施加控制前后状态的比较，可以看出，应用随机最优控制的方法，对水翼艇的纵向运动进行控制取得了良好的效果。     

顶浪中首固定翼波浪推进艇的运动响应和航速预测

基于STAR-CCM+软件对安装首固定翼的无人艇在顶浪规则波条件下的运动响应和波浪推进航速进行研究。利用DFBI模块建立了波浪推进艇的数学模型,应用SST k-ω模型,结合VOF方法,对波浪推进艇在不同周期和波高条件下的运动响应进行数值仿真,得出波浪推进艇垂荡和纵摇运动频率响应函数(RAO)及航行速度。研究结果表明：随着波高的增大,水翼产生的推力逐渐增大;艇体的垂荡运动响应受波高影响较小,艇体纵摇运动响应由于水翼产生的阻尼效应随着波高增大而逐渐减小;波浪推进艇航行速度随着波高增大先增加而后迅速减小。     

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。     

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.     

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。     

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.     

高速艇水翼减阻方案及翼滑艇阻力估算方法

文章介绍了高速艇上水翼减阻的原理以及三种不同类型的高速艇上加装水翼的技术方案及其达到的减阻效果,并给出了滑行艇首部加装水翼（即翼滑艇）后整船阻力的估算方法。基于三维非线性涡格法,建立了单独水翼/水翼组合体/多水翼系统的水动力性能理论计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可作为翼滑艇阻力估算中单独水翼水动力性能的计算方法。算例结果表明,文中的方法可用于单独水翼/水翼组合体/多水翼系统和滑行艇加装减阻水翼的初步技术方案设计。     

面向21世纪的高性能船舶

系统介绍国内外高性能船舶发展特点、现状、分析国内高性能船舶发展形势，展望超高速地效翼船、大型车客渡船和集装箱船、气垫船、双水翼自控水翼艇的远景。     

水翼艇艇体设计外力估算方法

本文根据实艇和模型的试验数据分析,建立了水翼艇艇体设计载荷估算方法。经对美国四艘典型水翼艇(排水量58t～235t)的计算分析表明,本文估算方法基本上反映了这类艇的外载荷特性。在无母型艇的条件下,本方法可用于新艇结构设计的外力估算。     

长江水翼客艇Ⅱ号附体设计特点及试验分析

本文简要分析了国外水翼艇附体的一些特征,重点介绍长江水翼客艇Ⅱ号(以下简称水翼Ⅱ号)附体的特点。由试验证实,将舵、水翼支柱和尾轴支架组合为一体,用一剖面代替三个不连续的剖面,可得到令人满意的阻力性能,满足附体阻力控制在总阻力的20％以内的设计要求。文中还介绍了水翼Ⅱ号三种附件组合体方案及模型阻力试验分析。     

水翼动态应力测试及结果分析

通过两艘单水翼艇实艇水翼应力测试,获得了较完整的水翼在静水、二级浪和三级浪中的工作应力,为水翼结构强度和疲劳特性研究以及结构设计提供了实测资料。     

水翼艇静水翼航性能的一种计算方法

本文提供了一种水翼艇静水翼航性能的计算方法。本方法根据首尾单独水翼模型试验资料、水翼系统的干扰特性、几何条件和艇的平衡方程组等,借助电子计算机计算水翼艇在整个翼航范围内(包括起飞状态)的航行状态、阻力及推力等性能曲线。问题的关键之一在于准确地估计首水翼对尾水翼水动力性能的干扰效应。作者运用水翼升力线理论的某些结果导出了常用形式水翼系统尾翼处的平均液面下降和平均下洗角的计算公式,并以此计算值来修正尾翼的工作状态。实例计算结果和试验结果是一致的。