操舵仪性能评比中舵阻力能耗评价指标设计

针对以往操舵仪性能测评只关注控制精度,忽略不同操舵控制方法带来的能耗损失,对于操舵能耗测评,没有较为简洁通用的评价指标的问题,利用已有的船舶运动模型,推导舵阻力能耗近似求取公式,通过周期性摆舵仿真试验验证舵阻力能耗的影响,设计舵阻力能耗的评价指标,对比分析指标计算与周期性摆舵仿真试验结果表明,该舵阻力能耗评价指标与舵阻力能耗间有明确的对应关系,可作为在能耗方面评价操舵仪性能优劣的指标。     

基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力

为探究某新型船舶的舵减摇潜力,将该船舶的实际船体参数引入到船舶运动模型中,通过建立的Matlab仿真平台进行模拟仿真,观察船舶在不考虑海浪等环境干扰情况下,不同摆舵幅度和操舵频率对船舶横摇角的影响。根据横摇角的变化特点设计实验方案,探究该新型船舶在舵速限制下能产生的最大横摇角,分析船舶具备的舵减摇潜力。根据实验可知,通过合理的操舵策略,该船舶能够产生较大的横摇角,具备较好的舵减摇潜力。     

基于最小舵系能耗的操舵策略计算方法

对舵系能耗的构成进行计算分析，结合船舶操纵运动数学模型（MMG）建立舵系能耗计算方法，针对具体算例求解以最小舵系能耗为目标的最优操舵策略，讨论相关变量条件对操舵策略及舵系能耗的影响。结果表明：该计算方法具有可行性；对于算例船舶，以10°舵角操舵是使艏向角改变60°的最优操舵策略；不同的舵压力中心位置、舵阻力特性和初始航速条件不会改变算例船舶给定目标任务下的最优操舵策略。研究结果可为船上智能驾驶系统或驾驶人员做出操舵决策提供有效的算法支撑。     

潜艇贝壳舵的试验和理论研究

本文设计了一种新型潜艇首舵──贝壳舵，并进行了系统的模型试验、水动力特性分析和操纵性计算。研究表明，贝壳舵能在保持原型艇操纵性的基础上，简化潜艇首舵操舵机构，提高设备的可靠性。     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

适用于深海的电动缸设计

取代液压缸将电动缸应用于深海环境,电动缸设计需要解决一系列问题。深海水压环境,电动缸需要满足自锁要求,通过自锁机构的分析,优选可靠性好的梯形丝杆副作为传动机构,给出了校核公式。采用组合动密封及推杆热喷陶设计,增强了深海电动缸推杆往复动密封的可靠性。针对电动缸重量及尺寸的限制,采用三维软件有限元分析插件,同步实现对电动缸零件应力和应变的仿真校核。     

低噪声工况下潜艇自动舵控制策略研究

为了降低操舵系统的辐射噪声,利用遗传算法及粒子群法,以降低舵机噪声及提高控制精度为目标,开展自动舵控制策略的优化研究,并利用潜艇运动实时仿真系统和舵机液压系统组成的半实物联合仿真系统,开展相关半实物仿真试验.试验结果表明,该低噪声自动舵控制策略能有效规划舵板的打舵速度及舵角,既能满足潜艇的操纵性需要,又能降低操舵辐射噪声.     

水下航行体X 型正交舵控制参数设计研究

  目的  为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。  方法  操舵控制系统采用“主控制器—控制分配器”级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法（WLS）问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。  结果  仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。  结论  所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

船舶操舵机构

这是1968年6月6日归挡的、776,286号专利申請书的一部分,现为美专利3,545,193号。本发明是关于船舶操舵机构,特别是关于有一新颖的液压推舵器的操舵机构。大船要行能产生大扭矩来转动船舵的推舵器。这种推舵器必须能在船舶航行时操作以抵制水在舵叶上的作用力。有代表性的是把四缸和四活塞推舵器直接固定在船壳上,如刚性框架或基座。由推舵器转动与舵杆相连接的舵柄来推动舵。液压缸和它的活塞与舵杆旋转轴线的对线校准一直是一个特别麻烦     

旋转驱动型自动舵系统研究

国内仍有许多中小船舶采用带全液压转向器的舵机,无法安装采用电磁阀控制的新型自动舵系统。本文设计一种旋转驱动型自动舵系统,用于全液压转向舵机的自动化改造。系统通过舵轮驱动器实现手动-自动操舵转换,在手动模式下,舵轮直接带动全液压转向器实现操舵;在自动模式下,由无刷电机带动全液压转向器实现操舵。系统采用CAN总线用于舵角信号和控制信号传输。仿真结果表明,所设计系统性能可靠、控制稳定,可以用于老旧船舶的自动舵改造,有效降低操舵强度,提高航迹精度,减少船舶燃油消耗。     

潜艇X舵控制分配器设计和仿真

[目的]为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。[方法]操舵控制系统采用"主控制器—控制分配器"级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法(WLS)问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。[结果]仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。[结论]所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

提高随动操舵控制精度的方法探讨

本文针对水面舰船操舵控制中常采用的比例阀或伺服阀控制方式容易卡舵和可靠性不足等缺点,提出采用新的控制方法控制电磁球阀伺服机构提高随动操舵控制精度,同时保留结构简单、可靠性高等优点。     

深海载人平台框架式稳定翼/舵结构设计

针对深海载人平台稳定翼/舵结构载荷工况,普通船舶差异大,缺少设计资料的情况,分析深海载人平台稳定翼/舵结构的材料选择,设计多种材料、结构型式的框架式稳定翼/舵结构方案,通过有限元强度计算分析各结构方案在波浪砰击载荷下的受力,从力学性能、重量、工艺等方面评估各方案的优缺点与适用情况。     

基于CFD技术的喷水推进球形舵水动力性能研究

球形舵是国内外中小型喷水推进装置采用较多的一种方向舵,本文借助CFD数值模拟手段,对不同收缩角的球形舵水动力进行计算,得到不同舵角下的操舵力和操舵力矩。计算结果表明,球形舵的侧向作用力和操舵扭矩并不是随着舵角的增大而增加,在球形舵的工程设计中需考虑借助数值模拟计算手段确定球形舵的满舵角;不同收缩角度下的侧向作用力和纵向作用力变化不大,但是操舵扭矩变化明显,在布置空间有限的情况下考虑增加球形舵的收缩角度,以减小舵尺寸和操舵液压缸重量。此项研究对球形舵的工程设计具有重要的的指导意义。     

双舵电液同步液压舵机系列

普通双桨双舵的船在选用操舵装置时,通常考虑的方案是用一台推舵机构,通过连杆带动两个舵柄转动。有些特殊船型则无法采用上述方案,即要求两舵同步转动又不允许有机械联系。这样,每个舵柄就得由单独的推舵机构来带动。两个舵柄的同步由电气液压控制系统来实现。这种新型的操舵装置,我们称为电液同步液压舵机,其型谱列于表1。     

基于等效动稳定性系数的潜艇运动控制方法

对由线性运动方程和Routh-Hurwitz判别法导得的操舵比例函数求解,获得潜艇运动控制新方法,将控制增稳所需的修正舵角与原舵角组合成新指令舵角,可改善潜艇的航行品质。以具有十字舵的某型潜艇为对象求解6自由度运动方程,其中典型的潜艇水下定深回转工况仿真模拟表明：操舵比例系数与水动力导数和等效动稳定系数有关,控制增稳效果受到运动特征量和潜艇操舵角度等因素的影响。潜艇运动控制新方法改善了潜艇航行过程中的运动响应,提高了那些由于自动稳定性不足而难以操控的潜艇的控制稳定性。潜艇运动控制新方法为未来潜艇通过减小操纵面来优化自身综合水动力性能提供了新的技术途径。     

船舶自动舵系统中滑膜控制器的PID优化设计

操舵系统在舰船动力系统中占据重要地位,能够确保舰船航行的有效性,与舰船行驶需求相适应。其中,舵能够对舰船方向功能加以把握,若要转舵亦或是对障碍物躲避,就需要操舵。其中,手动操舵系统使用最为常见,主要是利用手动操舵开关对电磁阀开闭进行直接控制,以达到操舵的目标。本文研究了自动舵系统的PID控制优化措施,通过提高操舵的精准度,将PID技术应用于船舶自动舵系统的滑膜控制器中,能够显著提升自动舵系统的综合性能。     

振动舵对鱼雷运动影响分析

鱼雷操纵运动研究中广泛引用布莱恩(Bryan)的"缓慢运动"的假定,但鱼雷操舵过程中存在局部急剧运动的现象,此时"记忆效应"的影响必须考虑.本文通过理论、试验以及实雷运动辩识相结合的方法,确定了鱼雷振动舵的水动力特性,并开展鱼雷操纵运动特性的预报,结果表明振动特性对舵水动力影响明显,鱼雷在剧烈操舵过程中"记忆效应"应引起足够重视.     

DDG51级驱逐舰操舵系统设计特性

为美国海军ＤＤＧ５１“宙斯盾”导弹驱逐舰研制的操舵系统，采用数字自适应自动舵和计算机辅助手控操舵。该系统性能稳定，易于安装。通过航空机与控制器的组合，提高可靠性并扩大了内部检测能力，首次被应用于“阿利·伯克”舰（ＤＤＧ５１级）上。     

高速旋回潜体对差动舵角运动响应研究

分离式舵不同操舵方式可产生差动舵角,目前,针对差动舵角对高速机动潜体的旋回运动特性研究尚未完全展开。为此,本文以分离式舵6DOF运动方程为基础,研究差动舵角对高速旋回潜体运动姿态、特别是横倾的控制能力,比较不同差动舵角对潜体定深、变深运动姿态的影响。研究结果表明,差动舵角对于潜体高速旋回时的运动姿态、特别是横倾有较强的控制、抑制能力。