迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

鱼雷变推力运动方程式

目前的针雷运动方程是建立在恒推力基础上的，为了将切线加速度引入弹道控制，建立变推力方程是必要的。本文以某型鱼雷及某热动力系统为对象，导出了变推力运动方程，这对鱼雷动力和控制的设计有重要的意义。     

舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法

舰船航行时由于存在线性干扰,使得航向控制方法鲁棒性较差。为此,提出舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法研究。基于惯性坐标系的空间位置和姿态角,将舰船运动化为3个平面运动,建立舰船操作运动方程,依据运动方程,计算舵力及舵机特性,在考虑舵力的作用下,计算非线性控制律,去除线性干扰项,设计自适应鲁棒控制器,达到控制舰船航向的目的。测试结果表明:与传统的控制方法相比,设计的舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法转艏角速度更接近0,且船首向角定向需要的时间更少,说明该控制方法鲁棒性更好,适合应用在舰船航向控制中。     

艇体及对接装置的仿真数学模型研究

提出一种用于艇体水下对接的仿真数学模型,分析了水下潜艇与艇体对接装置受到的水流阻力与深水压力,并确定出机械臂旋转的自由度与空间运动距离;构建出数学模型与对接装置的运动方程,求解对接装置中心坐标的空间运动矩阵,与机械臂运动的最优路径,实现水下对接装置与艇体的精确对接。仿真结果表明:本文提出的数学控制模型所确定的机械臂运动角度、距离与理论值重叠度很高,控制误差相对于传统水下对接装置优势明显。     

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。     

船台及船体各状态参数对船舶下水运动的影响

采用CFD方法对船体从船台上纵向重力式下水这一运动过程进行动态数值模拟.以RANS方程和标准湍流模型作为控制方程,并采用VOF方程处理自由液面,通过求解得到船体所受到的水动力.考虑船体下水时可能发生的横向运动,建立了完整的三维运动方程.通过数值计算,考察船台和船体的各个状态参数(两岸形状,船体重心位置,船体重量,船台倾角,船台摩擦系数,船体下水初始位置等)对船体下水运动的影响.根据预报的结果,绘制出船体下水运动参数(加速度,速度,滑程等)与状态参数的关系曲线,并对其进行分析,得到一些有意义的结论,以期能够用于指导实船下水工艺.     

粘性流中船舶横摇阻尼计算

船舶横摇阻尼的确定是准确预报船舶在波浪中运动的关键之一.本文以粘性流理论为基础,以连续性方程和N-S方程为控制方程.对Series 60船型的二维横剖面绕流进行了数值模拟,计算分析了不同工况下船体剖面的横摇阻尼系数,并与相关实验结果进行了比较.对比和研究表明,本文的方法能给出船舶横摇运动诱导的涡,船体的横摇阻尼等,可进一步拓展应用于船舶在波浪中运动的分析预报和优化设计等方面.     

欠驱动船舶水面的非线性数学模型及跟踪控制

以欠驱动船舶水面的跟踪控制为研究对象,介绍船舶的数学模型和运动方程建模,以及船舶在水平面上3个自由度的运动方程,并且对船舶可能受到的风、浪、流等干扰进行分析。最后,提出一种自抗扰船舶航向控制方法,在该方法中,运用遗传算法对控制参数进行优化处理。实验结果表明,该自抗扰控制方法具有较高的抗干扰能力和较强的鲁棒性。     

关于潜艇回转机动时的横倾控制

介绍潜延回转运动时产生伴随横倾的最佳控制方法。首先介绍了建立潜艇水平回转运动数学模型－控制横倾状态方程的方法,然后应用最小值原理寻找保证潜艇输出横倾角最小和控制（操舵）功率也最小的指标,泛函极值情况下的最优操舵比例系数是通过求解黎卡堤矩阵方程黎卡堤矩阵方程而得到的。最后进行了实时仿真,结果表明,本方法控制横倾角是有效的、最优的。     

基于浸没光滑有限元法的双圆柱体运动问题研究

本文采用浸没光滑有限元方法对二维流域内双圆柱体运动时的干扰问题进行研究.通过引入虚拟流体假设将流固耦合控制方程进行分解,采用新型光滑有限元方法离散固体运动方程,并用半隐式特征线分裂方法(CBS)求解不可压缩粘性流体N-S方程,流固相互作用力通过虚拟流体域进行计算.结果表明该方法能很好地模拟双体运动干扰作用及引起流场特性的变化.     

水下运动体纵向控制弹道稳定性探讨

本文是水下运动体横-滚控制弹道稳定性探讨[1]的续篇,重点讨论控制参数与舵机特性对水下运动体纵向(即俯仰、寻深)弹道稳定性的影响.给出了理想控制参数的配置方法及算例.结果表明弹道(姿态,轨迹)稳定性是好的.     

舵机非稳态激励识别及瞬态声辐射分析

当水下航行器利用舵机改变航向时,舵机的开启会产生很大的瞬态辐射噪声。因此,在舵机安装之前,有必要对舵机的源特性进行评估。文章基于某水下航行器的舵机振动测试试验,应用频域载荷识别中的最小二乘法方法和短时傅里叶变换的信号处理技术,对舵机操舵过程中舵机与试验台架连接的机脚点处的瞬态最大激励力和整体平均激励力分别进行了间接估算,并将估算结果的准确性和可行性进行了验证。考虑到加肋圆柱壳是水下航行器的基本结构形式,文中将估算的激励力结果作为辐射声计算的近似输入,以一个两端简支的加肋圆柱壳体作为水下航行器的一个舱段的计算模型,分别计算了舵机操舵过程中水下瞬态最大和整体平均辐射噪声的大小,提出了一种利用短时傅里叶变换信号处理技术来评估舵机水下瞬态辐射噪声的方法。     

船舶自动舵控制系统实施改造的研究及实现

介绍了TS-75型自动舵系统的组成概况，分析了舵机抖动的机理，指出了该舵机抖动的根本原因是由于其控制电路的故障引起的，并提出解决该问题的有效方法是利用PLC（Programmable Logic Controller）技术对舵机控制系统进行改造。通过对船舶自动舵控制系统的控制原理、控制方法及存在的问题进行研究后，设计了基于PLC技术的自动舵控制方案，讨论了其具有的优点。利用PLC的模块化结构组态自动舵控制系统，实现船舶自动舵的自整定PID（Proportional Integral Differential）制，说明了STEP7 PID—TUNE的使用方法。基于PLC自整定PID控制的自动舵满足船舶的各种动态特性指标，能提高舵机控制系统的可靠性和经济性。     

两类锚泊系统在漂浮式双体浮动式波能转换装置垂荡运动状态下的性能（英文）

This work investigated the influence of two types of mooring systems on the hydrodynamic performance of a two-body floating wave energy converter(WEC). It also investigated the effects of the physical parameters of the mooring system on the amount of extractable power from incident waves in the frequency domain. The modeled converter comprised a floating body(a buoy), a submerged body with two mooring systems, and a coupling system for two bodies. The coupling system was a simplified power take-off system that was modeled by a linear spring-damper model. The tension leg mooring system could drastically affect the heave motion of the submerged body of the model and increase relative displacement between the two bodies. The effects of the stiffness parameter of the mooring system on power absorption exceeded those of the pretension tendon force.     

Nonlinear hydrodynamic responses of submerged moving payload in vicinity of a crane barge in waves

The wave interaction with a submerged cylindrical payload subjected to constrained motions in presence of a nearby floating crane barge is investigated in the three-dimensional numerical wave tank using a fully nonlinear potential flow model in the time domain. Numerical simulations are carried out to investigate the hydrodynamic features of this submerged payload under pendulum motion in water waves as well as while it moves towards the sea bed at a constant vertical velocity. It is known that the presence of multiple side by side floating bodies in waves can create significant drift motion. In the present study the similar drift motion is observed for the side by side floating barge and submerged payload and it appears that the submerged payload under constrained motions may face a very large mean drift motion of nearly seven times that of the incident wave amplitude in the beam sea upstream condition. Emphasis is also given towards investigating and understanding the influences of natural frequency of the payload and shielding effect due to the presence of the floating barge. It is found that natural frequency coupled with shielding effect generates remarkable low frequency components in payload responses both in the head sea and the beam sea situations. The effect of different cable lengths, wave maker frequencies and downward moving velocities on payload responses under several geometric setups are studied and compared, and interesting features such as increased low frequency movement of the payload near the natural frequency region and existence of considerable low frequency motions even at a greater depth (while the payload is quite below the free surface) are observed.     

泵控舵机液压缸动态特性研究

泵控液压缸在工程机械中有着相当广泛地应用,其动态特性决定了整个液压系统的工作性能,为此对经简化的泵控液压舵机系统进行动态特性研究。因为软件MATLAB的工具箱SIMULINK在系统仿真方面的功能十分强大,所以利用SIMULINK对液压系统进行物理建模、仿真,对泵控液压缸进行动态特性研究。仿真结果验证此研究方法的可行性与正确性。此外,该研究方法简单、直观,可以应用于液压系统的设计、液压元件的选择与优化和液压系统故障辅助诊断,也可以应用于轮机模拟器的仿真系统。     

两层流中潜体运动与诱发内波特征关系研究

在两层流体中潜体运动会激发生成内波。文章通过编程控制潜体运动,使用动态分层法保证潜体运动时边界层不受影响,基于RANS方程多相流模型,采用求解相的体积分数方式捕捉内界面波形。潜体定常运动计算结果与实验结果相符,通过此方法,对比不同潜深下潜体诱发内波波高和波长随密度Froude数的变化特征,得到了诱发内波波高最大处的临界密度Froude数,重点研究了在临界密度Froude数处潜体加速运动和减速运动对诱发内波幅值及其波动过程的影响。     

柴油机水下排气海水倒灌现象的理论分析

柴油机水下排气时存在海水由排气管倒灌入柴油机进而导致柴油机严重损坏的风险。通过分析管内气液两相逆向流动特性和国内外相关研究成果,指出水下排气管内海水倒流的物理机制,并给出了基于Wallis无因次气相速度的水下排气管海水倒流判断准则。进而以某柴油机排气参数为基础,计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,所得结果对水下排气柴油机防止海水倒灌具有指导意义。     

舵机的故障及维护保养

介绍了船舶建造规范对舵机技术要求对船舶舵机经常出现的故障进行了分析,并重点论述了船舶舵机的进行安全检查,这对轮机员在进行舵机维护保养工作时将有所帮助.     

中压共轨液力增压式电控燃油喷射系统的试验研究

论文主要介绍针对某型中速柴油机研制的中压共轨液力增压式电控燃油喷射系统,并在柴油机电子-液压控制试验台上进行了试验研究,分析了部分控制参数与喷油参数间的动态性能影响规律,确定了喷油量、喷油压力、喷油正时、喷油规律等参数的调节途径,并针对该系统的稳定性、适应性及各参数的可控性进行了分析研究.试验结果表明:该系统具有良好的稳定性,参数调节灵活,并能适应不同的柴油机工况,尤其适用于中速柴油机.