舰艇弹性变形实时测量系统研究

舰艇航行时发生弹性变形,分析波浪中舰艇弹性变形对作战效能的影响,研究舰艇弹性变形实船测量的要求和内容,十分必要的。文章提出开展波浪中舰艇弹性变形实船测量研究,分析捷联垂直参考基准装置等角位移测量装置的性能及特点,选择平台罗经、捷联垂直参考基准装置和中心处理机,构建了一个舰艇弹性变形实时测量系统。采用坞内半坐墩、码头系泊、海上航行等三种状态顺序完成测量的方案,进行多部位的同步、实时测量,对测量结果进行分析。     

舰船在波浪中优选航向航速的计算

舰船在波浪中航行时,波浪引起的横摇、纵摇、升沉、甲板淹湿、砰击等因素会影响舰船完成其任务甚至危及航行安全。因而在大风浪中航行时,为了进行正常作业或为了航行安全常常需要调整航向航速。为了及时选择最佳的航向航速,本文提出的方法是:根据在原航向上测得的纵摇与横摇的数据估计出当时的海浪谱参数,根据该浪谱参数预报改用其它航向航速后船的纵摇、横摇、升沉的幅值及甲板淹湿、砰击的概率,在此基础上选出航向航速的可行范围及最佳值。本文提出的所有计算均由计算机自动完成,从而使在波浪中调整航向航速的决策方法由传统的依靠驾驶员的经验估计变为用计算机自动进行定量分析。     

舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析

分析了现有舰船姿态坐标变换的方法及其存在的不足.结合舰船平台罗经测量舰船姿态的原理,明确指出虽然舰船姿态变化是随机的,但是平台罗经测出的舰船姿态是按照一定顺序进行的,由地理坐标系(惯性坐标系)到舰船甲板坐标系的坐标转换必须按照航向--横摇--纵摇的顺序进行;而由舰船甲板坐标系到地理坐标系的坐标变换必须按照纵摇--横摇--航向的顺序进行,并推导建立了舰船姿态变换方程,为舰船稳定平台及舰船姿态补偿的实现提供了理论依据.该研究成果也可在航空航天、天文及控制领域推广应用.     

悬挂式多波束水动力分析

多波束主要用于考察海底地貌,保证良好的水动力性能可以更有利于多波束的工作。波浪中舰船产生的纵摇和垂荡是影响多波束水动力性能的主要因素。多波束所受的合力主要是由波浪中舰船垂荡和纵摇所产生的耦合垂向加速度引起的。采用势流理论计算舰船水动力系数,进一步采用STF二维切片理论对舰船耐波性进行预报。多波束升力的计算要考虑波浪和纵摇的攻角,合力与升力、重力以及浮力的差值即为多波束与船体间的作用力。多波束的水动力周期性变化,变化周期同舰船摇荡周期相同。     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

装减摇鳍的船舶在不规则海浪中横摇的理论计算

对于排水量1000吨以下的船舶,减摇装置的设计常常碰到最大稳定作用同减摇装置尺寸以及在船体结构上引起的扭矩之间必要的综合问题。本文给出减摇鳍装置工作在鳍角超过饱和点情况下的横摇性能计算方法,并分析了两艘装减摇鳍的船在波浪中的试验结果同理论计算结果的对比,通过理论与实际的比较说明这一方法在选择减摇鳍尺寸以及本装置在船上的布置将是有意义的,并可用来预报装减摇鳍的船舶在不规则海浪中的横摇运动性能。     

全航速三维线性波浪载荷时域内数值计算研究

高速船舶波浪诱导载荷存在航速效应,波浪诱导船体垂向弯矩随航速增加而增加.针对某集装箱船采用三维时域全航速水动力分析理论预报集装箱船在波浪上的运动性能和剖面载荷,深入分析船体运动性能和剖面载荷的航速效应,得到船体纵荡、横荡,横摇和首摇以及船体扭转波浪弯矩航速效应显著,为船舶结构设计人员在波浪载荷的计算上有一定的参考.     

船舶动态变形测点优化及变形预报方法

为实现船舶变形监测位置的筛选,采用有效独立法给出甲板变形监测点的布置方案,并基于模态叠加法进一步给出船舶变形响应的实时预报方法。结合三维线性波浪载荷理论和结构有限元分析技术,对短期海况下船舶角变形响应进行仿真,既可为测量设备的参数选取提供参考,又可为实时预报方法的验证提供数据。以一艘船舶为例进行计算,通过对比直接仿真结果与实时预报结果,从理论上验证了角变形监测点优化方案的合理性以及实时预报方法的正确性。     

基于多点应变对船体垂向弯曲倾角进行校正的方法

通过对舰船的受力及角度变形规律进行研究,推导应变转角关系数学模型。在船体表面布置若干个应变传感器,即可由结构应变获得船体垂向弯曲倾角。利用数值试验模型对提出的模型进行"数值试验"验证。结果表明,利用本文所提出的模型获得的目标数据具有较好的精度。该方法能克服当前常用方法占用较大空间、需固定基准点和测量功能单一的局限性。利用光纤光栅传感器测量船体应变获取结构弯曲倾角,可对船体变形引起的船体局部姿态信息误差进行校正,为舰载武器装备提供较高精度的姿态基准。     

船舶纵横倾姿态测量系统总体框架设计

随着船舶姿态控制自动化程度的提高,传统的机械式纵横倾姿态角测量装置已不能满足船舶现代化的要求。提出一种船舶纵横倾姿态数字化测量系统的总体框架设计方案,通过旋转变压器对船舶纵横倾姿态信息进行采集,经RDC-19222芯片对旋转变压器输出的模拟电信号进行数字转换,最终借由单片机的控制实现纵横倾姿态角度信息的实时显示。试验证明,该系统性能稳定,测量精度较高,具有较高的实用价值。     

舰船在海浪中船体三维角变形计算

舰船在海浪中发生的弹性变形会对安装在其上的惯导系统对准精度产生影响,因此需要计算舰船的弹性变形,以补偿局部姿态误差。本方法基于梁理论,采用三维水弹性方法计算舰船在随机海浪中任意战位点处的相对三维角变形,并对船体的变形规律进行分析,供设计者参考使用。     

破损舰艇拖航中总纵强度的安全性分析

应用Korvin-Kroukovsky和Jacobs的切片理论分析舰艇在规则波浪扰动情况下垂荡和纵摇运动对破损舰弯矩的影响,计算不同航向航速下破损舰在典型海况中的弯矩值,给出最小弯矩下对应的典型航向航速,适用于救援船舯附近破损的军用舰艇等细长型的大型船舶拖带安全性分析。     

中小型舰艇综合导航系统研究

舰艇航向、位置和姿态等导航信息直接影响舰艇的航行安全以及武备的使用效能。采用信息融合技术研究中小型舰艇综合导航系统，目的是以解决现役中小型舰艇导航设备信息获取分散，没有导航信息综合处理装置的问题，结合姿态传感器，为武备使用提供精确的姿态信息。介绍了中小型舰艇综合导航系统的组成、关键技术、技术优点以及最终达到的战技指标。仿真结果表明，使用该综合导航系统的舰艇在各个方面指标均优于未使用该系统的舰艇，可见该系统可在一定程度上解决现役中小型舰艇装备独立测量、信息精度不高以及无姿态测量信息的问题，该系统可以保证舰艇的航行安全和武备的使用效能，因此具有较好的实用性和较高的军事价值。     

基于激光陀螺的变形测量系统方案设计

设计了一种变形测量系统,主要功能为消除舰船姿态测量设备和被试设备处于不同安装位置时由于船体变形对精度检测造成的影响.在介绍了激光陀螺工作原理和分析测量原理的基础上进行总体方案构建,对惯性测量单元、时统模块和设备安装配置进行重点设计,完成了实船安装方案和验证方案设计.试验结果表明,所设计的各部分工作正常,测量精度优于25”,满足系统设计要求.     

水面舰船波浪弯矩计算方法研究

我国现行《舰船通用规范》适用于设计水线长不超过160m的水面舰船,当设计水线长在160～200m时,规范规定参照执行。随着舰船的尺度逐渐加大,波浪载荷的计算问题更加复杂。比较了4种规范的波浪载荷计算公式,并应用线性切片理论,采用短期和长期预报的方法,计算大尺度舰船的垂向波浪诱导弯矩值。因此,对于一定范围内的大尺度水面舰船,采用"通用规范"所得波浪载荷值计算船体强度还有一定安全性,并可运用多种计算方法合理选取波浪弯矩值。     

一种改进的基于GPS某型舰船姿态解算算法

载波相位GPS测姿实施中,其姿态解算是核心技术之一,目前有多种姿态解算算法,其中对于单基线姿态测量,直接算法因具有原理简单、计算速度快、实时性好等特点被广泛应用。但在舰船测姿实施中,对姿态角的测量会产生一定的误差。采用直接算法在解算中没有对粗大误差和GPS信号缺失进行处理,使得解算结果误差较大。因此提出一种改进的舰船姿态解算算法即基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法。建立航向角和纵摇角的解算模型,从理论上推导了基线越长,航向角测量精度越高;航向角的解算精度比纵摇角的解算精度高;基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法的解算精度比直接法的解算精度高。通过仿真实验,对上述推理进行验证,航向角的解算精度比纵摇角的结算精度高出一个数量级;改进算法的解算精度比直接算法的解算精度高出一个数量级。     

基于变形测量的舰船航向标校方法

为了解决目前航向标校中的船体变形无法克服和采样时间不同步的问题,根据单摄像机三维姿态测量原理,通过若干台摄像机经过多层甲板的传递测量,最后综合各级接力站测量的结果可以得到安装在甲板层艏艉线上的参考物相对于安装在导航平台上的摄像机系统的姿态角,从而减小船体变形对航向标校的影响。并利用软件定时器进行同步录取解决读数时间不同步问题。通过理论分析表明,该方法可有效的提高测量精度,并可拓展使用到所有基座不通视的被试武器系统和测量设备之间的三维姿态测量。     

新颖的船舶应变监测装置

据外刊报道,为了减少大型船舶在海上沉没的危险性,海运信息部门研制了一种新颖的应变监测装置。该装置符合劳氏船级社现行规定,它能向船长提供关于他所驾驶的船舶的应变资料,因此使船长有可能改变航向和降低航速,以期达到安全航行。由仪表专家HBM提供位移换能器,它能在船体6个重要部位测定船体的应变值。这些换能器精确地记录船舶处于波浪压力、强风和其他力作用下的运动。然后这种运动被转换成     

导航装备动态性能测试系统天线安装误差补偿方法研究

针对目前船舶计程仪及陀螺导航设备误差标校方法手段落后、过程周期长等问题,采用MS860作为测定误差的基准平台搭建导航装备动态性能测试系统,选用Nport5450串口服务器接收处理多路串口信号进行数据通信,结合轴角信号转换装置进行模拟、数字信号转换,利用信息处理机终端处理与显示导航参数信息。另外,分析了GPS天线安装偏差导致船体纵横摇、GPS天线高程差、方位偏差、GPS测量基线长和基座高程差等因素对GPS航向产生的影响,推导了GPS动态航向测量模型的误差补偿方程。此系统对降低导航设备误差标校工作成本,提高导航装备的保障性具有十分重要的意义。