控制力约束条件下的喷水推进船鲁棒控制

文章研究了控制力约束(即具体硬件限制)条件下的喷水推进船航速航向鲁棒控制问题.以具体型号喷水推进器为例,根据功率-转速图谱和航速-推力图谱,提出一种推力-航速-转速的三元函数拟合分析方法;在此基础上,针对喷水推进船的航速与航向鲁棒控制问题,设计了航速控制律,并基于滑模控制理论设计了艏向控制算法.在航速与航向控制律的设计过程中,考虑到主机转速和喷口转角的硬件限制条件,通过对一艘喷水推进船的路径跟踪控制仿真,验证了所设计的推力函数和控制律应用于实际喷水推进无人艇的可行性.     

断级滑行艇水动力特性的初步计算研究

利用数值手段对二维断级滑行艇模型的绕流场进行模拟,并针对不同攻角及断级高度的模型进行对比计算。不同模型的计算结果具有明显差异性,能较好表现出模型参数的变化对模型水动力特性的影响。分析断级的作用机理,并论述断级后脱体涡的强度和范围以及模型参数不同而引起的滑行面压力分布的差异。     

断阶对超高速气动增升船水气动力特性影响的数值研究

为了探索断阶对超高速气动增升船水气动力特性的影响,利用基于FVM的STAR-CCM+软件分别模拟了有无断阶的超高速气动增升船模型在不同航行工况时的直航运动。基于计算结果,分析了断阶的作用机理并提取了断阶对超高速气动增升船水气动力、航行姿态、艇底浸湿的影响规律。结果表明：设置断阶使得高航速下的阻力性能得到了明显改善,最大减阻效果为33.7%;断阶对气动增升率的影响主要体现在船宽傅汝德数Fr>4.04的高速航速下,在最大航速下,断阶模型的气动增升率提升了约16.7%。     

深V型双断级滑行艇水动力特性的初步数值研究

本文利用模型试验和数值手段对比研究了深V型双断级滑行艇和无断级滑行艇的静水阻力特性,试验结果表明,双断级滑行艇在起滑之后的高速航行阻力及纵向运动稳定性上较无断级模型存在明显优势,在容积弗劳德数为5.21的航速下总阻力降低了19.2%。利用CFD软件CFX能够较好地捕捉到两模型之间的差异,计算结果表明,各断级之后的空穴均随着航速的提升而不断扩张,断级模型总体浸湿面积较无断级模型最大降低了33.4%,并且双断级使得艇底水动高压分布趋于均匀,有利于改善纵向运动稳定性。     

三体滑行艇纵向运动稳定性的数值模拟

为了研究三体滑行艇在高航速下的纵向运动稳定性,利用重叠网格技术对三体滑行艇在失稳时产生的"海豚运动"现象进行CFD仿真。根据艇底的压力分布特征分析了发生"海豚运动"的机理;利用二分法制定了若干计算工况,得到静水航行时的稳定速度上限线和失稳速度下限线,实现了对纵向稳定性界限曲线的逼近。将数值计算结果与模型试验结果进行对比分析,计算值与实验值吻合较好,表明该数值方法具有较好的实用价值。     

断阶构型对超高速气动增升船减阻效果的影响

为充分了解超高速气动增升船的断阶构型参数对其减阻作用的影响，基于计算流体动力学（CFD）软件分析不同断阶纵向位置和断阶高度下的船体阻力、纵倾和升沉。计算结果表明：在一定范围内将断阶后置，可减小船舶的航行阻力，但船体纵倾会增大；断阶高度对船体运动阻力的影响，在低速段与高速段表现出截然相反的相关性关系，系列阻力曲线约在船宽弗汝德数FrB=4.0的航速下交会，在此之后，阻力随着断阶高度的增大而迅速减小，而低速阻力随断阶高度的增大而增大。