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。     

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。     

水翼艇及其控制方法综述

概述水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行分析研究;重点总结水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行分类;对水翼艇的纵向控制方法进行研究。最后,分析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展望。     

水翼艇纵向运动多变量鲁棒控制

为了提高水翼艇纵向运动控制的鲁棒性,采用MIMO闭环增益成形算法设计了鲁棒控制器.给出了水翼艇纵向运动传递函数形式的数学模型,通过镜像映射方法将不稳定模型转换成稳定的数学模型.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器将纵摇角降至了原来的25%并对模型摄动具有鲁棒性.     

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.     

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。     

SWATH纵向运动稳定性分析与航行姿态控制研究

论文参考水翼艇运动方程对SWATH(小水线面双体船)纵向运动进行了理论推导,得出了特征方程。将该方程应用到了某型SWATH中,对该船光体的纵向运动稳定性进行了预报分析。结合空气动力学提出了稳定鳍的设计方法,并对稳定鳍和船舶光体耦合后的运动稳定性进行了预报分析。通过对两次预报结果的分析比较,证明了采用固定式稳定鳍调节SWATH航行姿态的可行性。     

槽道水翼滑行艇快速性能研究

本文论述槽道水翼滑行艇的基本原理、快速性能及其及化规律。通过模型试验、中间艇试验和实部的航行试验，证实了槽道水翼以及与尾压板的联合作用，使槽道型滑行般的阻力减小，航行姿态得到调整和改善，艇的超载能力等综合航海性能有明显的提高。模型试验结果表明槽道水翼使艇体总阻力平均减小25％左右；中间试验艇的航速提高了8％；实船试航航速提高了18％；负荷超载能力增加15％。通过对试验结果的分析，给出对设计有参考意义的结论。     

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。     

长江水翼客艇试验研究

长江中下游江面宽阔,有时出现较大风浪,且主要港口间距离较长,设计要求水翼客艇具有高速度、低阻力及良好的适航性。 通过具有不同割划斜侧翼和工作浸深等主要特点的二个水翼方案、三个具有断阶的船型方案及多个附件方案的设计与水动力性能试验,作者推荐了翼航阻力较低(阻升比ε=0.0676),峰阻较低(ε=0.0928),整个速度范围内横稳性良好,给定波高下耐波性较好的水翼及船型方案。 试验研究表明:割划斜侧翼的合理设计是提高水翼艇起飞能力、改善横稳性和提高耐波性的关键;合理配置前后水翼能够取得有利干扰,降低高速翼航阻力,改善水翼系统波浪中的运动性能;尖舭双断阶艇型是一种能与自稳式水翼系统有效配合取得较低起飞峰阻的船型。     

高速滑行艇的纵向运动分析与仿真研究

针对喷水推进滑行艇的高速滑行原理,建立了其非线性的纵向运动数学模型。首先分析了滑行艇在高速滑行过程中的受力,详细地推导了艇体受到的重力、浮力和动升力,并根据喷水推进器的工作原理,推导了喷水推进力的表达式;然后建立了喷水推进滑行艇的非线性纵向运动数学模型;最后设计了基于该模型的滑行艇纵向运动预报软件,并进行了高速滑行的操纵性仿真试验,仿真结果与船模试验数据吻合较好,表明了该模型能够较准确的预报喷水推进滑行艇在静水中的纵向运动。     

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。     

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。     

中高速船加装减纵向运动组合附体实船试验

对一加装了减纵向运动组合附体的高速艇和原型艇进行了海上对比试验，并对试验结果进行了分析。试验时两艇并行前进，以便从现象上直接观察加装减纵向运动组合附体的效果。试验结果证实，组合附体减纵向运动效果显著，艏部加速度降幅可达到68%，纵摇角降幅可达到40％，加装组合附体的艇在较高海情中顶浪时可高速航行，且速度越高运动越平稳，在波浪中基本没有失速。     

滑行艇波浪中纵向运动理论预报的新方法

分析了现有滑行艇纵向运动理论预报方法的不足;根据滑行艇的艇型特点以及模型静水阻力试验和规则波、不规则波的试验结果,提出了滑行艇纵向运动的基本假设;建立了计及浮性和滑行力、滑行力矩影响的滑行艇纵向运动基本方程,提出了预报滑行艇纵向运动的实用计算方法(滑航法)并编制了理论预报程序;比较了忽略浮态变化的全排水量法、只考虑浮态变化的浮航法、同时考虑浮态变化和滑行力、滑行力矩影响的滑航法的计算值和实验值的差别,指出在预报滑行艇纵向运动时,低速宜采用金排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法.     

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法,对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼—船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算的需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高。模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20%～30%。     

基于自适应专家S面算法的微小型USV控制系统设计

研究一类微小型水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的运动控制系统设计问题,提出了一种自适应专家S面运动控制算法。首先,基于STM32-ARM核心板设计了一类微小型无人艇的运动控制系统,基于Labwindows/CVI软件开发了上位机监控系统;其次,充分融合专家系统和S面控制算法的优势,提出了一种自适应专家S面运动控制算法,用于微小型无人艇的航速和航向控制;最后以所研制的"神龙号"微小型无人艇为载体,通过大量的水池试验和外场试验,验证了所设计和开发的运动控制系统的有效性和可靠性;同时通过对比试验,体现出了所提出的自适应专家S面控制算法在无人艇航向和航速控制方面的优越性。     

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。