基于推力数值计算的喷水推进船快速性预报与验证

为实现对喷水推进船航速的快速、精准预报,基于ANSYS-CFX软件平台建立喷水推进器推力的计算流体力学(CFD)模型,采用分块六面体结构化网格离散计算域,采用稳态多参考系法求解雷诺时均的Navier-Stokes方程和SST湍流模型,对喷水推进器内的流场进行数值模拟.采用壁面积分法获取喷水推进器的等转速推力曲线,将其与船阻力曲线相叠加,通过求曲线的交点预报航速.选取可提供推进特性图谱的船A、带双级轴流式喷水推进器的船B和带混流式喷水推进器的船C为例,验证该方法的准确性.结果表明:船A配置的喷水推进器的推力计算值和航速预报值与厂商提供的数值吻合良好,船B和船C的航速预报结果均与实船试航值比较接近,最大偏差小于0.5 kn.结果验证了计算模型的可信性和适用性,进一步表明该方法可较好地指导喷水推进器厂商根据船舶所有人的需求便捷地选出合适型号的喷水推进器.     

一种新型喷水推进操纵装置

本文介绍了一种用于喷水推进船舶的新型操纵装置。它具有两种结构形式,分别适用于单泵和双泵喷水推进船。这种操纵装置既可作为控制面来控制船舶的航向,又可作为倒航机构使船倒航,还可在不改变主机运转工况下无级调节船的航速。最后介绍了此种操纵装置的模型试验结果。试验表明该装置能有效地控制船舶正倒航的航向和调节船舶的航速。     

基于时标分离的喷水推进船舶航向/航速控制

针对喷水推进船舶机动过程中的航向控制和航速损失的问题,提出一种基于时标分离的航向航速控制系统结构,将航向和航速之间的耦合归结为系统之间的干扰,利用反步法在不匹配不确定系统设计中的优点,以及滑模控制对系统干扰的抑制能力和动态逆对反步设计中逆求解精确性的提高能力,分别设计航向反步滑模控制器和航速反步动态逆控制器,解决船舶机动过程中航向和航速的稳定控制问题.     

自航条件下船泵耦合的喷水推进特性数值分析

为了研究喷水推进船航速及运动姿态对推进特性的影响,采用CFD方法,对不同航速和姿态下的一艘喷水推进三体船进行自航计算。研究发现,在不考虑姿态的变化时,随着喷水推进装置转速的提高,航速提高,喷水推进装置导叶通道内贴近吸力面一侧流动分离减轻,推进性能提高。当航速和转速不变,仅改变运动姿态时,随着艏倾的增大,喷水推进装置入口处船底边界层变厚,动量影响系数减小,流道内流动不均匀性改善,而且推力增加;随着船体吃水深度的增加,喷水推进装置性能变化不明显,而当吃水深度过小时会引发空气吸入,性能将严重下降。这项目研究为喷水推进装置的优化设计及其与船体的匹配提供了有益参考。     

不同工况下喷水推进泵内流性能研究

为研究不同工况下喷水推进泵的内流性能,以轴流式喷水推进泵为研究对象,运用Ansys18.2流体计算软件模拟了不同转速和不同航速下喷水推进泵内的内流场,分析了喷水推进泵的转速和航速变化对其能量特性和内部流动的影响.数值计算结果表明:喷水推进泵的推力与航速呈负相关,与转速呈正相关;随着船舶航速的增大,喷水推进泵进水流道内的流速逐渐增大,叶轮进口速度的高速区面积有所增大,导叶出口速度分布的周期性逐渐减弱;随着转速的增加,叶轮进口处更容易发生空化,导叶出口压力上升,速度增大;喷水推进泵进水流道的唇部区域存在小范围的高压区,且航速越高,转速越低,该区域面积越大.     

New method for predicting full-scale power performance of pumpjet propulsion system based on statistical learning北大核心CSCD

[目的]针对“适配于螺旋桨的船尾线型+泵喷推进器”构成的船舶泵喷推进系统,提出一种基于统计学习的实船快速性预报新方法。[方法]以某大型水面船舶泵喷推进系统为对象,通过神经网络学习典型推进泵的推力系数图谱曲线,综合运用船-桨配合时的K_(T)-J曲线和船体-喷泵配合时的推力特性曲线,建立“仅需船舶阻力曲线就能实现船舶泵喷推进系统实船快速性预报”的新方法,并基于船模阻力试验、泵喷模型敞水试验及船体-泵喷自航试验的测量换算结果对实船推进性能的预报结果开展精度校验。[结果]校验结果表明:在航速18~30 kn范围内,船舶泵喷推进系统的自航转速、推力和功率的预报误差可控制在5.4%以内,其中设计航速附近的误差甚至小于2%;船体-泵喷的相互作用程度介于船-桨与船体-喷泵之间且幅值相对较小,推力减额系数为趋向于0的极小值,故船舶泵喷推进系统是介于桨轴推进系统和喷水推进系统之间的产物。[结论]该预报方法有利于提升船舶泵喷推进系统实船快速性预报的能力,可为新型舰艇泵类推进系统总体设计/研究提供参考。     

混合推进船舶"船-泵+桨-机"匹配方法研究

为提高混合推进船舶推进系统的性能,分析了"船-泵+桨-机"的匹配方法.介绍了"船-桨-机"与"船-泵-机"的匹配方法、思路与步骤,着重研究"船-泵+桨-机"匹配中的泵、桨负载分配对推进性能的影响.以调距桨特性曲线与喷水推进推力曲线进行混合推进舰船的快速性计算,螺旋桨重载降低推进效率,喷水推进重载容易产生空化.为避免喷水推进泵产生空化,调距桨的螺距、转速可调范围变窄.     

喷水推进船操纵性水动力导数影响的试验研究

采用数学模型进行船舶操纵性模拟是常用的方法，但喷水推进船航速高、回转时横倾大，还会出现侧滑现象，有必要开展操纵性水动力影响的研究。论文采用大振幅平面运动机构开展了高速单体喷水推进船的斜航、纯横荡和纯摇首运动的模型试验，在不同航速下对带有喷水推进的船体和裸船体进行水动力测试，分析了与上述运动相关的水动力导数。试验表明，高航速引起的船舶升沉和纵倾等运动姿态较大的变化以及喷水推进作用下船体产生的“虚尾”，使操纵性水动力导数受到很大影响。还发现该船在两个试验航速下都不具有航向稳定性，在总体设计时需要考虑初始尾倾，以消除喷水推进产生的不利影响，必要时需增加呆木或稳定鳍，用于改善航向稳定性。     

喷水推进船平移机动操纵方法研究

为了实现喷水推进艇平移机动操纵,对其操纵方法进行了研究.首先采用船模斜拖试验获取平移操纵时船体水动力特性变化规律,然后求解喷水推进器在各种航速、转速、倒车斗位置以及喷口转向角条件下的推力.在此基础上,综合分析船体平移运动水动力特性和喷水推进器推力特性,提出了用双手柄同步等角度调节的平移操纵法,并制定了详细的平移操纵步骤...     

长江上游航道测量快艇推进系统选型

针对实际测量任务,为保证长江上游航道测量快艇的最大航速及测量航速要求,比较几种不同推进方式,分析其动力特点,该艇建造完成后实测航速为35 km/h,船舶航向稳定性良好,船舶回转试验及惯性试验试航结果完全满足设计要求,实船使用表明,该船动力满足设计要求,喷水推进装置与主机匹配优良。     

一种逆变器均流控制方法

在逆变器均流控制方法中,下垂控制和平均功率控制都需要精确计算逆变器输出有功功率和无功功率以控制输出电压的幅值和相角（频率）。在轻载和空载情况下,由于输出电流很小,电流采样和功率计算存在很大误差,有功功率环流会造成直流母线过压故障甚至损坏逆变器。本文采用电感电流代替输出电流计算逆变器输出有功功率和无功功率,并通过改变电感电流采样时刻提高了功率计算的精度。利用两台三相四线逆变器并联系统验证了理论分析的正确性,实验证明运用该功率计算方法取得了良好的并联均流效果。     

以太网控制在调距桨控制系统中的应用研究

给出了调距桨控制系统的基本组成,以太网冗余控制的具体实现,数据的通信方式和系统的软硬件实现.介绍了套接字的基本原理与概念.实践证明,把以太网应用在调距桨控制系统中是可以满足现场要求的.     

仿人智能控制算法在控制系统中的应用

基于仿人智能控制原理和IF-TEHN规则,提出了一种永磁同步电机仿人智能控制器,并建立了仿真模型。仿真结果表明,在永磁同步电机的转速控制方面,仿人智能控制系统与经典PID控制系统相比,在超调量、响应时间等控制指标上均有明显的优势。最后,本文对以上的研究工作做了总结,并提出仿人智能控制技术未来研究目标是建立完整的理论体系。     

多变量解耦控制在潜操系统中的仿真研究

针对潜艇的水下垂直面运动,提出了一种多变量解耦自抗扰控制器的研究方案,通过仿真验证了其控制效果;在分析自抗扰控制器在低噪声控制方面存在的不足和缺陷的基础上,给出了一种独立通道控制器的设计方案,根据仿真结果,证明了方案的有效性。     

时延网络控制系统的保性能控制研究

针对网络控制系统中存在的不确定时延,在传感器采用时间驱动,执行器与控制器采用事件驱动、时延小于一个采样周期的条件下,将网络控制系统建模为一类具有不确定性的线性离散系统并且其标称模型可控。围绕该标称模型,利用Lyapunov方法,基于相应的LMI可行解,给出网络控制系统保性能控制律的设计方法。通过仿真证明了该方法的有效性。     

基于模糊PI的冷凝器过冷度控制技术研究

论文简述了冷凝器过冷度产生的原因以及减小过冷度的方法,运用模糊PI的方法设计出冷凝器在不同工况下的过冷度控制器.通过仿真表明,模糊PI控制器较之常规PI控制器,对于冷凝器过冷度的控制性能更好.     

基于模糊控制的船用起重机消摆控制

介绍了一种船用起重机载荷摆振模型,并将模糊控制原理应用到船用起重机的消摆控制中,设计了船用起重机消摆模糊控制器。仿真研究表明,该控制器有效地减轻了载荷摆动,取得了比较理想的控制效果。     

时延网络控制系统的保性能控制研究

针对网络控制系统中存在的不确定时延，在传感器采用时间驱动，执行器与控制器采用事件驱动、时延小于一个采样周期的条件下，将网络控制系统建模为一类具有不确定性的线性离散系统并且其标称模型可控。围绕该标称模型，利用Lyapunov方法，基于相应的LMI可行解，给出网络控制系统保性能控制律的设计方法。通过仿真证明了该方法的有效性。     

浮船坞控制系统的H∞控制研究

对船舶进入浮船坞的压载水舱分布及实时自动控制过程进行了分析。以船舶静力学为依据,分析了船舶下排浮船坞时浮态的计算方法,给出了浮船坞纵倾及吃水动态力学方程,得出了可用于实时控制的浮船坞状态方程。采用H∞控制中的闭环增益成形控制算法,对浮船坞控制系统进行了理论探讨和仿真研究。仿真结果表明M IMO非方阵闭环增益成形算法物理概念清晰,设计及求解过程简单,对浮船坞的控制具有较好的系统性能和鲁棒性能。     

滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究

水下航行器的横滚会使其纵向运动与侧向运动发生交连耦合,给其运动带来一系列不良后果.针对水下航行器航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点,采用滑模控制设计水下航行体横滚姿态控制器,以达到抑制和消除横滚的目的.仿真结果表明,滑模控制器操舵平滑,控制速度快,鲁棒性和环境适应能力更好.完全能胜任水下航行器横滚姿态控制的要求.