水翼对高速双体船纵向减摇性能影响研究

基于水翼在高速双体船上的广泛应用,运用Fluent软件,通过在水翼的攻角、尺寸、安装方式方面进行选型设计,研究水翼与高速双体船之间的相互影响,并且基于静特征数的附体减摇能力分析方法,研究静水中水翼对高速双体船的纵向减摇性能。计算分析结果表明,水翼对高速双体船的纵向运动能起到一定的辅助作用,可以减缓船体的纵摇与升沉。     

水翼复合小水线面双体船阻力性能和翼航姿态计算

分析了水翼复合小水线面双体船(HYSWATH)的阻力变化规律，给出此船型各阻力成分的计算公式，并在此基础上讨论HYSWATH处于翼航状态时吃水和纵倾角的计算，形成了一套较完善的HYSWATH翼航状态阻力计算方法。该计算方法可作为初步设计阶段估算阻力和主机功率之用。     

水翼复合小水线面双体船阻力性能和翼航姿态计算

分析了水翼复合小水线面双体船(HYSWATH)的阻力变化规律,给出此船型各阻力成分的计算公式,并在此基础上讨论HYSWATH处于翼航状态时吃水和纵倾角的计算,形成了一套较完善的HYSWATH翼航状态阻力计算方法.该计算方法可作为初步设计阶段估算阻力和主机功率之用.     

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。     

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.     

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。     

基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明：当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。     

水翼法推进的仿生AUV研制及实验

为丰富水下推进方式,进行了海龟水翼法推进技术仿生及实验研究.基于生物原型运动机理和本构特性分析,研制了仿水翼运动机构、仿蹼翼运动机构和仿生水翼法推进AUV,并进行了仿生AUV水池转首性能测试实验等,验证了运动参数变化对AUV所受纵向力分量和平面转首力矩的影响.实验结果表明,水翼拍旋角速度ω1对于AUV转首速度的影响呈降加速度正比趋势;AUV样机双翼反向差动转首因增加了涡漩阻力,比单肢转首运动的效率提高约60％等,这些为仿生AUV运动控制策略研究提供依据.     

穿浪双体船T型水翼状态反馈H∞控制器设计

穿浪双体船在海洋中高速航行时,纵向运动会对其性能造成不利影响,产生的垂向加速度使乘员晕船,设备短期失效。为了解决此问题,首先建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动模型,然后运用切片理论求解运动方程中的水动力系数,将随机海浪作为外界干扰,以T型水翼为纵向运动稳定装置,进而建立带T型水翼的穿浪双体船纵向运动模型。最后以90 m长的穿浪双体船为研究对象,利用状态反馈H∞控制策略设计控制器,对船体的纵摇和垂荡进行仿真实验。结果表明:状态反馈H∞控制器可有效地减小船舶纵向运动,降低晕船率,为减小高速船纵向运动提供可靠实用的方法。     

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%。     

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.     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

高速复合水翼双体船的运动预报(英文)

基于2.5D理论,考虑粘性影响,预报了高速复合水翼双体船在规则波中的运动响应,并与试验结果进行了比较.在计算过程中,对复合水翼模型进行了简化,且计算了不同升力浮力比对运动的影响.结果反应出在计算高速双体船和水翼双体复合船型纵向运动性能时,水的粘性影响不可忽略,且计算表明计算值与试验值符合较好,文中提供的方法可提高这类高速水翼双体复合船型的运动预报精度.     

水翼对斜浪的运动响应

水翼船实船使用表明,在斜浪作用下,“全浸式”水翼船的运动性能明显优于传统的“割划式”水翼船。根据这种现象,结合一型川江水翼客船的设计需要,针对上述两种水翼型式进行了实船调研、理论分析与计算、模型试验等大量研究工作。阐述了其主要研究结果,以供水翼船研究设计参考。     

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。     

Numerical study on active wave devouring propulsion

The possibility of extracting energy from gravity waves for marine propulsion was numerically studied by a two-dimensional oscillating hydrofoil in this study. The commercially available computational fluid dynamics software FLUENT was used for the unstructured grid based on the Reynolds-average Navier?CStokes equation. The free surface waves and motion of the flapping foil were implemented by customizing the FLUENT solver using a user-defined function technique. In addition, dynamic mesh technology and post processing capabilities were fully utilized. The validation of the model was carried out using experimental data for an oscillation hydrofoil under the waves. The results of the simulation were investigated in detail in order to explain the increase of propeller efficiency in gravity waves. Eight design parameters were identified and it was found that some of them greatly affected the performance of wave energy extraction by the active oscillating hydrofoil. Finally, the overall results suggested that when the design parameters are correctly maintained, the present approach can increase the performance of the oscillating hydrofoil by absorbing energy from sea waves.     

The estimation of wave elevation and wave disturbance caused by the wave orbital motion of a fully submerged hydrofoil craft

The current control system of a fully submerged hydrofoil craft has manual input of fore-foil depth and control mode selection to improve the performance of the control system. However, the manual input needs skillful human operation and observation of waves the encountered to work well over a wide range of waves. In order to use information about the waves encountered in the control system, we considered the estimation of wave elevation and wave disturbance which was caused by the orbital motion of the waves in irregular waves. First, we investigated the wave disturbance by a fully submerged hydrofoil craft, in a state-space model of wave disturbance, and in hydrofoil craft motion, etc. We than considered estimations of the wave elevation and wave disturbance using a shaping filter, a Kalman filter, an autoregressive (AR) model, etc. Finally, we confirmed through simulations that the estimation results and estimation error of wave elevation and wave disturbance were valid.