基于模型试验的气垫船低速破冰机理研究

为探索气垫船低速航行时的破冰机理,在低温拖曳冰水池中开展了系列模型试验研究.在模型试验中,以一艘内河自航气垫破冰船为原型,分别基于弗汝德和柯西相似准则建立了合理的模型试验相似体系.结合原型结构信息和实验室条件,确定了适当的模型比尺,从而加工制作了与原型结构相似的气垫船模型.气垫船模型同样由垫升风机、气道结构、支撑结构和围裙结构四部分组成.在各组试验中,调节气垫船模型的垫升高度,在试验拖车驱动下以相同的航速穿过模型冰排,并在试验过程中使用测力传感器和压力传感器测量结构的航行阻力和垫升压力.通过细致观察气垫船模型与模型冰排的相互作用过程,结合测得的航行阻力和垫升压力,解析了气垫船的破冰过程,揭示了气垫船在低速航行时破冰的关键机理.通过试验发现,气垫船只有达到一定吃水深度时才能有效破冰.气垫船低速航行时的破冰机理是在冰下形成稳定的气腔,促使冰排在上部结构和下部高压气体的共同作用下发生弯曲破坏.     

某气垫船动力系统仿真研究

气垫船动力系统仿真是研究气垫船动力系统性能的一种重要手段,可为气垫船动力控制系统的设计提供依据。文章通过建立某全垫升气垫船动力系统及船体数学模型,采用仿真方法,研究起动过程和变工况下该气垫船的动力系统性能变化情况。研究结果可为类似的气垫船动力系统设计提供参考。     

大型气垫船阻力特性仿真与影响因素分析

气垫船在实际航行过程中,海洋环境和装载条件都会对船体阻力产生影响,难以利用实验手段直接得到不同影响因素下的阻力特性。通过计算机建模将各阻力分量进行耦合,采用变步长4阶5级龙格库塔算法,建立了气垫船阻力模型。利用该模型进行仿真计算,并将所得到的结果与实艇试验反推数据进行对比分析,所建立的模型较好地反映了气垫船阻力特性。在此基础上,又将不同海洋环境和装载作为输入参数,得到了在不同影响因素下的阻力特性曲线。研究结果表明,相较其他因素而言,海况变化对气垫船阻力产生的变化影响最大。     

基于MATLAB/SIMULINK的气垫船动力系统仿真研究

开展气垫船动力系统仿真是研究气垫船动力系统动态性能的重要手段.建立了某型全垫升气垫船推进、垫升系统及船体的数学模型,采用系统仿真的方法,建立了基于MATLAB/SIMULINK仿真平台的仿真模型.通过选择典型工况和参数设定值对仿真模型和程序进行校核和调试,并以此仿真模型对几种典型工况的动态性能进行了仿真计算.研究结果可为该型船动力系统的设计、试验和使用提供参考.     

基于SIMULINK的气垫船垫升推进控制系统仿真

气垫船垫升推进系统是一个复杂的非线性系统.在气垫船的航行过程中,应严格控制动力涡轮转速,这对它的垫升稳定性非常重要.本文应用SIMULINK仿真平台对该系统进行建模,并对其采用了复合控制.针对螺旋桨螺距角的变化,给出了该系统的动态仿真结果.     

气垫船垫升推进系统控制仿真

以某型气垫船的动力系统为对象,建立了垫升推进系统的数学模型及船体的运动学模型,并以SIMULINK为平台对该系统进行了仿真建模[1],在此基础上,通过对系统动态特性的分析,对该系统进行了简单PID控制器和串级PID控制器的设计,并分别对两类控制系统进行了动态仿真和比较分析.仿真结果表明,串级PID控制系统较简单PID控制系统具有更为优越的动态性能,能较好地保证气垫船的垫态稳定性,以满足工程要求.     

气垫船三维耐波性分析

文章将气垫船耐波性分析理论从二维发展为三维,在Matlab平台上编制相应计算程序,所得计算结果同原有二维分析结果对比,对气垫船固有特性描述更为明确,计算结果令人满意。在此基础上,对某艇三维耐波性响应进行了分析,计算结果显示在艇固有频率处,升沉、纵摇和横摇响应互相耦合,使艇处于危险工况。该结果可供工程设计和驾驶者参考,具有一定的实际应用价值。     

气垫船操纵运动建模与仿真

较详细地论述了有关气垫船操纵运动的建模方法和过程,给出了仿真流程,并对弗劳德数0.456～1.064、舵角 -10°～-20°、风速0 kn～25 kn、风向0°～360°范围内的回转运动进行了实时仿真试验,给出了典型的仿真实验结果,分析了气垫船操纵运动过程中的侧漂、内倾以及风力的影响等.该模型已成功应用于半实物仿真及分析 .     

基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统研究

针对全垫升气垫船气液介质复杂场景实时再现仿真需求,基于粒子系统原理和OSG渲染平台,考虑气垫船近场波浪高程模型、气垫船垫升系统压力及流量仿真模型以及气垫船气流场特点,提出了一种基于多模型的气垫船航行时气液介质特效仿真框架和实现方法。搭建了该技术的体系结构和实现流程,解决了不同开发环境下建立的异构模型仿真问题,并通过仿真模拟计算验证了该技术的可行性和正确性。仿真结果符合气垫船航行时的气液介质外形特征、作用范围以及气液介质产生的随机性和规律性特征,能快速逼真地实现气垫船航行时气液介质视景特效,对增强气垫船模拟训练效果具有重要的意义。     

气垫船围裙连接件的试验和分析

本文在实船使用的基础上，对已经使用过的或将要采用的各种连接件与裙布连接后制成各种试件的静拉伸和疲劳强度的系列试验进行了分析，可作为今后合理选用连接件的依据。     

基于Modelica语言的某气垫船机桨匹配建模及仿真

为满足某型气垫船推进系统的性能指标,开展基于国产化软件平台的机桨匹配算法研究。以某型气垫船的推进系统为对象,建立数学模型,并以基于Modelica语言的国产仿真平台MWorks为基础对该系统进行建模仿真。通过研究变螺距角、变转速时气垫船推进系统的性能,对机桨匹配算法进行优化。仿真结果表明,优化算法可满足螺距角变距时间要求、螺距角稳态误差要求以及燃机机动性能曲线要求,所提出的机桨匹配控制算法满足性能要求,研究结果可为类似气垫船推进系统设计提供借鉴。     

气垫船垫升性计算与分析

近年来气垫船以其独特的性能特征发展迅速,行业主要增长动力集中在民用气垫船市场,小型民用气垫船销量增长较快,而从下游来看,旅游行业对于气垫船的采购占比最大。此外,各国政府单位也在逐年提高气垫船作为公务船的采购量,例如各地方海事局、消防局和农林局等。本文主要以某项目气垫船最具特点的垫升性为例,通过行业标准初步计算与软件程序数据校核相结合的方式进行分析,最终得出此项目在标准垫升工况下的垫升性具备合理性,为后续的生产工作提供了技术保障。     

气垫船的摇荡控制与分析

所有的海上气垫船(包括侧壁气垫船和全垫升气垫船)均有不尽人意的适航性能,尤其是在高速迎浪航行时。这是由于气垫易受到波浪扰动而引起的。并且,除非强行限制速度,否则会发展到毁坏船体和货物,伤害旅客和船员的严重程度。通过采取诸如侧壁、围裙和浮力室等固体接触水的方法后,摇荡得到很大缓和。调节进入气垫的空气流量能够显著改变艇的响应。如果加以正确应用,将得到更安稳的航行品质。然而,既必须快捷有效地得到令人满意的航态,又应当具有最小的扰动幅度以及适于推广应用的低廉成本。可能的话,应拥有改进现有艇全套控制系统的附加装置。在伦敦大学学院,风扇的流量控制被选作改善小艇摇荡的最有效最灵敏的手段。本文描述了这种改进的技术方法,包括硬件和软件两个方面,以及在一艘质量为120kg、悬浮于特制波带上的大型模型上所进行的试验。气垫的气量控制获得了垂荡幅度的有效减弱,特别是在共振状态。对于实船有望取得更大程度的衰减。若使用独立充气的尾复囊式围裙,纵摇运动同样可以明显减弱。     

全垫升气垫船高速埋首与低速侧翻的机理分析及应对措施

全垫升气垫船设有独特的柔性围裙系统,高速埋首是气垫船特有的三大安全风险之一。随着围裙技术的发展以及操控安全限界的规范,气垫船发生埋首的概率越来越低,但在实际使用中,高速埋首与低速大幅横倾仍时有发生,若应对不当,仍然会存在危险。文章介绍了国内外有关试验研究情况,结合气垫兴波计算对气垫船高速埋首与低速侧翻的机理进行理论分析,并总结了克服埋首与侧翻的技术措施,使用中的预防手段,以及发生高速埋首或低速大幅横倾时的操纵应对措施。     

弹性轴负载系统的仿真

本文对弹性扭振进行了理论分析和仿真研究。当电机与负载之间视为弹体连接时,采用传统的双闭环ＰＩ调节,不宜得到优良的控制性能,系统极易产生调节振荡,动态跟踪能力差。本文彩全状态观测器对带弹性轴的直流电动机调速系统进行全状态反馈,仿真实验和分析表明,该方法较好地解决了系统振荡问题。     

气垫船垫升风机的振动试验研究及模态分析

垫升风机是气垫船的关键设备,是气垫船振动噪音的主要激励源之一。通过分析某气垫船左舷垫升风机的设计特点,选择关键位置开展振动响应频谱测量,分析不同测点位置、不同转速条件下测点的振动烈度响应。采用有限元方法分析单舷垫升风机的固有频率和振型,研究影响垫升风机振动的主要因素。在此基础上,提出降低垫升风机振动的措施,并基于试验评估实际降振效果,其可作为气垫船垫升风机设计的技术参考。     

侧壁气垫船在短波上的升沉特性分析

倒壁气垫船在短波上航行将会出现令人不愉快的升沉颠簸，即所谓“鹅卵石效应”（CobblestoneEffect）。本支探讨了影响这一升沉运动的各种因素。增加风机并联数则是使升沉运动趋于平稳的较好方法。     

高密度中低速全垫升气垫船越峰问题的探讨与实践

1吨级试验艇属于高密度中低速气垫船,其与气垫密度成平方关系的阻力峰值较大而设计推力相对较小,经采取措施解决了越峰困难问题。原阻力计算方法在阻力峰值处的计算结果不够精确是原因之一,故根据移动压力面兴波理论编制了直接计算兴波阻力的程序,使计算越峰所需推力更接近试验结果。理论计算与工程实践表明,在设计高密度中低速气垫船时需特别关注越峰性能校核,建议第一阻力峰处设计越峰裕度在原计算方法基础上应修正至不小于30%为宜。