减摇鳍装置五十年——“船舶鱼翅”的创新发展

<正>摇摆是产生一系列对船舶有害影响的原因,影响船舶的所有航行性能,而人为减小摇摆最通用、最有效的方法即是在船上使用专门装置,即减摇装置。减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇等,而目前公认的减摇效果最好的当属减摇鳍。船舶减摇鳍是人们利用仿生学原理,在船舶的两舷安装的一对类似鱼鳍的装置,并模拟鱼鳍的动作,使航行中船舶产生与波浪扰动力矩方向相反、大小相等的力矩,减小船舶横摇,较高     

船舶减摇鳍动态负载研究分析

减摇鳍是一种降低舰船横摇运动,提高舰船航行稳定性的有效装置,其基本组成部件包括鳍结构、驱动装置和电气控制系统3部分。为了使减摇鳍的减摇作用最大化,研究减摇鳍的动态负载响应和水动力特性有重要意义。本文建立了船舶横摇的运动学模型,在其基础上开发了船舶减摇鳍电液负载仿真试验平台,并进行了仿真试验平台的性能补偿设计和船舶减摇鳍的动态负载响应仿真。本文有助于提高减摇鳍的流体力学特性,改善减摇鳍的设计水平。     

加装减摇鳍船舶横摇运动的计算研究

船舶加装减摇鳍目的是减小船舶的横摇运动.鳍的运动通过由PID控制的液压装置驱动.文章考虑了船舶的粘性阻尼系数,结合减摇鳍运动特性,通过PID控制法对加装减摇鳍船舶横摇进行预报并通过实船验证.     

舰船横摇及其预测和减摇

本文旨在向舰船设计人员叙述一下舰船横摇现象、采用现有理论方法进行的横摇预测和采用现有减横摇系统进行的减摇,并对现有的预测方法进行评论。可以断定,采用现有的方法能良好地预测没有减摇装置的横摇运动,而在预测横摇运动中必须考虑到耦合横摇-横荡运动。本文还讨论了被动式和主动式横摇减摇水舱和主动式减摇鳍的使用,并探讨了各种减摇装置的尺寸、性能和优缺点。本文最后认为,需要进行模型试验来确定预测减横摇装置的性能和进一步研究横摇运动。     

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上,针对船舶的减横摇问题,兼顾船舶的静倾问题,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统.综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的.这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷.以高速滚装船为例,建立了"船舶-减摇鳍-被动式U型水舱"系统的运动方程并进行了计算机仿真.通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论:这种综合减摇系统具有良好的减摇能力;在各种航态下(包括零航速)都能达到减摇要求;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能.船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义.     

鳍/被动水舱联合减摇理论研究

本文在综合分析减摇鳍与被动减摇水舱两种减摇装置的优缺点的基础上,考虑某些特殊用途的船舶以及一些大型的军用舰艇在全航速下对船舶平衡要求较高的情况,采用了一种优良的全航速下的减摇方案--减摇鳍与被动水舱联合减摇装置.这种减摇装置将减摇鳍与被动水舱有效结合,有效地克服了减摇鳍与被动水舱的缺点,同时也放宽了对鳍静特征数的要求,这对于装有不可收放式减摇鳍的船舶具有实际意义.针对上述联合减摇装置建立了船舶/减摇鳍/水舱的数学分析模型,并进行了分析讨论.通过对一实船的理论计算,结果表明:鳍/被动水舱联合减摇方案与其它减摇装置相比有明显的优越性,这种装置弥补了减摇鳍和减摇水舱具有的缺点,为船舶减摇提供一种减摇的方法.同时,可在此基础上增加装置的功能,达到一定的经济性.     

关于舵在尾斜浪和横浪中横摇衰减效果的理论研究

由于操舵时不仅产生摇首力矩,同时也产生横摇力矩,故利用这一效果来减低横摇就成为一个合乎逻辑的设想。 借助于自动操舵仪和附加的横摇反馈控制,有可能在外界扰动和舵对横摇的扰动力矩之间建立起适当的相位关系。本文将基于势流理论和切片方法的船舶在波浪中运动的理论计算方法加以扩展,来估价受控舵作为一种横摇衰减装置的可行性和有效性。 文中给出了一些理论考虑和装备减摇舵的一艘特定船舶在尾斜浪和横浪中运动的数值计算结果及分析。 分析表明,附加的横摇角速度反馈控制下的舵能在几乎所有感兴趣的波长范围内减低横摇,特别是在横浪中及船舶横摇固有频率附近最为有效。至少减摇舵能减低自动操舵仪所激起的横摇运动。受控舵作为一种减摇装置是可行和有效的。与减摇鳍和减摇水舱相比,减摇舵是个经济的选择。 若用本文中提出的方法,对欲装备减摇舵的指定船舶进行系统的计算,则能对减摇舵的性能作出综合评价,并为该船的减摇舵控制系统参数设计提供量的指导。     

基于有限元分析的船舶零航速减摇鳍升力机理研究

减摇鳍是船舶应用最为广泛的主动式减摇装置,其在船舶高速航行时具有良好的降低横摇的功能。但是,当船舶航行速度较低或者零航速驻停时,减摇鳍的效果会大打折扣,因此,研究船舶零航速时的减摇鳍升力机制,使减摇鳍在船舶零航速下仍具有良好的减摇效果是国内外的研究重点。本文基于有限元分析技术,建立船舶减摇鳍的升力函数模型,研究了船舶零航速时的减摇机理,并在此基础上设计了船舶零航速下的减摇鳍系统。     

基于模糊理论的船舶减摇鳍智能控制系统分析

船舶减摇鳍系统是船舶与海洋工程的一个重要系统，目前已在客船及军用舰船上得到广泛应用。减摇鳍对提高船舶的耐波性、适航性、稳定性以及快速性具有很重要的作用，并能延长船舶使用寿命、改善设备与人员的工作条件、提高客船旅客舒适度或提高军用舰船的战斗力。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，对船舶减摇鳍系统变参数PID控制和智能模糊控制算法进行系统阐述。减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器，控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次衰减系数有很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性等特点以及海况的不确定性。经典的PID控制难以获得满意的控制效果，采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。     

基于变结构鲁棒性控制的船舶减摇鳍非线性系统研究

随着远洋运输业的迅速发展,船舶运输货物的稳定性、安全性引起了广泛重视。受到海洋气象条件的影响(如海风、海浪、洋流等),船舶在航行时不可避免的产生横摇、纵摇等多自由度运动。其中,船舶大幅度的横摇运动会导致船载设备的故障和船载货物损坏,是必须要尽量降低的运动形式。减摇鳍作为船舶减少横摇运动的主要装置,可以有效减小船舶横摇幅度,但同时也受到船舶航行速度的限制,在速度较低时减摇效果不明显。本文针对船舶传统的减摇鳍机构,结合变结构鲁棒性控制技术,设计一种新型的船舶减摇鳍非线性控制系统,并对该系统的工作原理和结构组成进行系统介绍。     

滑模变结构理论在船舶减摇鳍中的应用

以船舶减摇鳍控制系统为研究对象,将滑模变结构理论应用于船舶减摇鳍控制系统,提出一种减摇鳍滑模变结构控制器并完成该控制器的理论实现;基于船舶横摇运动的线性方程,对不同浪向下的船舶横摇运动进行系统仿真。结果表明:与常规PID控制相比,滑模变结构控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。     

减摇鳍在百吨级渔政船上的应用效果分析

百吨级渔政船没有安装减摇装置时在三级以上海况下会发生剧烈横摇,对人员以及设备都会有严重影响。结合百吨级渔政船实际使用海况,详细对比计算了有无减摇装置时的横摇运动特性,并以安装减摇鳍装置为例,指出了减摇鳍装置应如何针对本船特点进行优化设计。计算分析表明,安装合适的减摇鳍后,这类船的横摇幅值会显著减小,通常减摇效果达60%~80%,能明显改善船员的生活作业环境,提高执法出勤率。     

减摇鳍变参数最优控制器及其设计

为了减小船舶横摇运动参数、船舶航向和海浪扰动的变化对减摇鳍性能的影响,减摇鳍PID控制器的参数k_1、k_2和k_3应随之变化。文章提出了变参数PID控制器的原理,在此基础上提出了一种变参数最优PID控制器的设计方案,并对此设计方案进行了计算机仿真。仿真结果表明了当船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数变化时,在各种浪向下,具有变参数最优PID控制器的减摇鳍都有很好的减摇效果。     

减摇鳍控制策略优化

横摇是对船舶航行影响最大的运动,为减少船舶横摇人们发明了各种减摇手段,减摇鳍是其中最有效的一种.为提升减摇鳍的减摇效果,探索更优化的减摇鳍控制方法,文章主要研究减摇鳍的鳍角反馈与升力反馈之间的区别.研究结果表明:采用升力反馈可以避免采用鳍角反馈控制减摇鳍时在鳍角与升力计算中所产生的映射误差,避开了鳍角与升力间转换的不确...     

一种船体减摇装置控制系统优化设计

船舶在航行过程中会由于一系列因素产生横摇,通过对减摇鳍的自动化控制部分进行系统优化设计,先构建船体横摇模型,再通过横摇角和船体各项参数计算得出优化后的系统传递函数,并对减摇鳍的控制电路进行优化仿真,证明其可行性.     

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.     

船舶主动式减摇鳍的分布定位设计

船舶减摇鳍的使用工况包括航行状态和零航速状态,当船舶在航行过程中,减摇鳍与流体发生相互运动,在减摇鳍表面产生抗倾覆力矩,保证船舶的航行稳定性;当船舶处于零航速状态下,由于海浪、海风等干扰力矩的作用,同样会使船舶发生横摇、纵倾等运动,因此也必须进行减摇控制,此时船舶的减摇是利用机械结构使减摇鳍运动,产生抗倾覆力矩。本文针对船舶横摇和减摇鳍的流体动力学特性进行系统的建模,分别从主动式减摇鳍的翼型、形状、分布定位等内容进行展开,有助于提升现有船舶减摇鳍的设计水平。     

减摇水舱的设计应用

0引言 船舶在水面上的运动可以简化为一个刚体的自由运动，其最基本、最重要的运动是：纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡。对于船舶横摇的研究，其成果已在实际中运用多年，并发展出多种减摇装置，主要有4种：龙骨、减摇鳍、舵减横摇、减摇水舱。     

装有两对鳍的减摇鳍耦合系数计算及减摇仿真

在提出装有两对鳍的减摇鳍船舶横摇模型的基础上,根据前后鳍水动力干扰影响的存在,提出了前后鳍耦合系数,然后通过应用离散涡格法来计算前后鳍鳍上耦合系数,并由装有两对鳍的船舶横摇模型,考虑到前后鳍耦合系数,对船舶进行减横摇仿真。     

船舶减摇鳍系统H^∞控制器设计

利用Ｈ＾∞控制理论对船舶减摇鳍横摇姿态控制系统进行了混合灵敏度设计,并针对船舶减摇鳍系统的特殊性,解决了Ｈ＾∞控制器设计中与该系统不匹配的有关问题。