小攻角下驼背鲸减摇鳍的理论计算

通过应用仿驼背鲸前缘突起来提高船用翼的水动力特性已是目前非常热门的话题,为验证前缘突起的高度和突起个数与升力的关系,选用哈尔滨工程大学船舶控制工程教育部工程研究中心在船模水池实验室所做的减摇鳍动态水动力性能实验用的标准NACA00154号矩形鳍为研究对象,对其前缘进行正弦波变形,建立数学模型,并应用普朗特升力线性理论和切比雪夫数值逼近法,得出了前缘突起个数对升力的影响不大而突起幅值对升力有显著的决定性作用的结论.     

升力反馈控制减摇鳍系统

对减摇鳍的静态、动态水动力特性进行了分析研究,指出影响鳍的动态升力特性的本质原因.讨论了传统的鳍角反馈减摇鳍设计原理存在的问题,指出鳍角反馈在运动过程中不能正确反映鳍的动态水动力特性.在鳍角反馈的基础上,提出了升力反馈控制方式,通过直接测量鳍上的动态升力作为系统的反馈信号.以某型船的减摇鳍设计参数为参考,采用升力反馈控制,以必要的工程条件为限制条件,进行了角度反馈控制与升力反馈控制的对比仿真试验研究.仿真结果对比显示升力反馈控制可以有效弥补鳍角反馈控制方式存在的控制偏差,使减摇鳍系统的综合减摇能力得到显著提高.     

仿生减摇鳍升力数学模型的全局误差与稳定性

研究了零航速时仿生减摇鳍产生升力的数学模型,讨论了Weis-Fogh 机构如何旋转才能产生船舶减摇所需要的指定升力,其基础为Weis-Fogh 机构理论.首先把问题转化为求解微分方程问题,依据吕卡提方程,给出模型周期解的存在性和稳定性条件;然后采用单步Runge-Kutta方法求出模型的数值解,并分析数值解的全局误差;最后给出保证数值解稳定的条件,并用相应的数值试验予以验证.     

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主.     

船舶力控减摇鳍模糊控制器设计及稳定性分析

建立了船舶力控减摇鳍控制系统的T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型.根据输入采用标准模糊分划的模糊控制系统的定义和性质,通过构建分段光滑的Lyapunov函数提出了一个新的判定闭环T-S模糊控制系统稳定性的充分条件.该方法只需在各最大交叠规则组内分别寻找公共的正定矩阵,减小了以往稳定性判定方法的保守性和难度.在此基础上利用并行分布补偿(PDC)原理,进一步探讨了T-S模糊控制器的系统化设计方法,并具体设计了一种船舶力控减摇鳍的模糊控制器.计算机仿真结果验证了本文模糊控制器设计方法的有效性.     

减摇鳍与舭龙骨组合体定常升力数值计算

运用涡格法（ＶＬＭ）建立了前后两对鳍与中间舭龙骨构成组合的定常升力的数值计算模型,其中考虑了梢涡和尾涡的分离与卷起、计算结果与文献［１］的试验结果吻合良好。     

基于直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统仿真研究

本文介绍了基于异步电动机直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统基本结构和原理；并根据其控制原理，借助MATLAB6．5／Simulink5．0软件对该电伺服系统进行了建模和仿真，提出了一种按照海浪波倾角控制的计算方法；最后给出了仿真结果及分析。与传统的减摇鳍伺服系统相比，该伺服系统具有结构简单、制造和维护成本低、无变参数问题以及易于实现数字化等优点，并且具有良好的减摇效果。仿真结果验证了该伺服系统的正确性和有效性。     

减摇鳍的阻力计算

本文利用瑞流基本定理，导出了具有ＮＡＣＡ剖面减摇鳍的阻力计算公式，其计算结果与实验结果相符合。     

零航速减摇鳍鳍型参数估算方法

零航速减摇鳍具有双重工作模式,不同生力机理使其流体动力特性存在本质差异,从而导致二者对鳍型参数要求截然不同,为满足零航速模式需求,零航速减摇鳍大多选用小展弦比鳍型,但亦给常规减摇模式带来诸多不利影响.通过分析展弦比、翼梢形状等因素,从双模式对鳍型参数的实际要求出发,应用线性系统理论、对抗控制原理,提出适用于零航速减摇鳍的尺寸参数估算及综合评定方法,得出不可收放式零航速减摇鳍的最佳展弦比范围,为工程化设计提供了必要的理论依据.     

基于反馈线性化与闭环增益成形的减摇鳍控制

根据减摇鳍系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器。通过采用精确反馈线性化方法将减摇鳍系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行减摇控制、已设定航速及航速减半状态时采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真。仿真结果表明,该控制策略对于减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意。算法的设计过程简单,物理意义明显。     

减摇鳍与船体的适配性数值模拟

利用计算流体力学方法对减摇鳍与船体之间的适配性问题进行研究。利用零航速减摇鳍的参数以及某型驱逐舰的船型型值表,分别建立在敞水条件下的减摇鳍模型以及加上减摇鳍的船体模型。首先,仿真分析在中、高航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的静态水动力特性。其次,利用动网格技术分别分析在中、高航速和低航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的动态水动力特性。计算结果分析表明：静态仿真时,虽然受船体约束减摇鳍的失速角没有敞水条件下的减摇鳍大,但在同样的攻角下,其升力系数却有较大的提高;在动态仿真中,无论是在中、高航速还是低航速下,受船体约束减摇鳍拍击产生的升力都要比敞水条件下的减摇鳍大,但同时产生的阻力以及所需的转鳍力矩也有较大的提高。     

减摇鳍结构应力分析及新鳍型探讨

采用MSC.NASTRAN软件对某减摇鳍的结构进行了应力分析和强度校核,并在此基本上改进结构,提出了一种新的鳍型,重新设计了该型鳍的结构尺寸.强度计算结果表明,经改进的减摇鳍结构不但重量更轻而且具有更好的力学特性.     

仿生减摇鳍升力模型的数值模拟及分析

船舶在系泊或低航速状态下,发动机主机停止工作,船舶失去自控方向能力,船体随波浪左右摇晃,比航行时摇摆更为剧烈。因此,研究零航速减摇鳍非常重要。文章研究零航速时仿生减摇鳍产生升力的模型,其基础为Weis-Fogh机构理论。首先讨论如何旋转才能产生给定的升力。依据吕卡提方程理论,给出模型周期解的存在性和稳定性条件 采用单步Runge-Kutta方法求出模型的数值解,给出保证数值解稳定的条件。     

减摇鳍精度安装工艺的分析与应用

结合芜湖新联造船有限公司某船减摇鳍精度安装的实例,提供一种用全站仪找鳍轴中心线,以保证减摇鳍安装精度的工艺。给出了各主要参数的求解方法以及操作流程和注意事项。     

三维摆动尾鳍的数值模拟

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,本文以金枪鱼尾鳍为研究对象,建立了三维刚性仿生尾鳍模型,使用大型通用CFD商业软件FLUENT对特定工况下尾鳍作纵摇升沉耦合运动的非定常流场进行了数值计算,给出了尾鳍的水动力系数和尾流区域的流场特征图,初步探讨了三维仿生尾鳍的推进机理。     

基于MATLAB、C++、Vega的减摇鳍控制系统的视觉仿真

针对船舶减鳍系统,运用PID控制理论设计了控制器,利用MATLAB模拟了随机海浪和鳍相互作用对船舶的影响,将C 作为中间环节,实现了MATLAB与Vega之间的数据传输,从而实现了减摇仿真的视觉效果。经仿真试验表明,该仿真系统的结果是令人满意的。