X舵潜艇等效舵角转换装置设计与仿真分析

针对X舵潜艇人工操舵不直观这一现象,提出了等效舵角转换设计思想,给出了X舵一十字舵等效舵角转换数学模型,并对X舵潜艇等效舵角转换装置进行了设计研究.在等效舵角转换数学模型基础上编制了X舵潜艇集中控制操舵系统软件并进行了仿真分析.     

潜艇围壳舵和首舵水动力性能比较

安装在潜艇上的首部水平舵位置对于潜艇在垂直方向的稳定性以及操纵性具有重大意义.本文首先通过Fluent 14.0计算Suboff模型的阻力以及DTMB舵型的升、阻力,仿真结果与实验结果吻合较好.然后计算带围壳舵Suboff潜艇和带首舵Suboff潜艇的阻力、升力特性,并比较了潜艇带首舵和围壳舵的升阻力特性差异,以及对艇体表面压力分布和尾部流场的影响.计算结果显示,相同舵角下,围壳舵和首舵阻力相差不大,围壳舵升力比首舵升力大.相同舵角下,潜艇总阻力相差不大,带首舵潜艇总升力、总力矩比带围壳舵潜艇总升力、总力矩大.围壳舵舵角的变化对艇体表面的压力变化影响相对首舵来说较小.围壳舵和首舵在较大舵角下,都会对尾水平舵产生显著影响.     

水下航行体X型正交舵控制参数设计研究

建立X舵与等效十字舵舵角相互转换的数学模型,提出X舵-十字舵等效舵角转换装置设计思想并以某型潜艇为例进行了仿真验证.通过该装置可有效地利用舵资源,最大限度地提高X型正交舵的操纵性能,并且可以解决X舵4个舵板间的交互影响,充分挖掘水下航行体的操控性能.     

大型船舶过运河压舵角计算

通过对12300t滚装船过运河压舵角计算,建立了大型船舶运河通航压舵角计算方法,给出了航道宽度和水深对船体水动力影响和岸吸力的计算表达.计算结果表明过运河压舵角取决于相对航道宽度W/B和相对水深H/d的综合作用,并与偏离航道中心线距离y/B直接有关.     

扭曲舵空泡观测实船试验研究

为验证扭曲舵的抗空化效果,在前期完成扭曲舵设计及实船换装工作的基础上,首次在国内开展了扭曲舵和普通舵的空化实船观测对比试验,对两种舵在设计航速和最大航速下固定舵角工况和直航自动舵工况的空泡进行了比较.结果表明:在相同航速工况下,扭曲舵的舵面空化起始舵角可提高10°左右,可以消除舰船常用航行状态下舵面的空化问题;在高航速大舵角工况时,扭曲舵的空化面积远小于常规舵;在扭曲舵优化的基础上,防腐蚀电极新型安装结构和舵下端导流罩可以有效解决防腐蚀电极和舵下端面的空化问题.通过扭曲舵空泡观测实船试验,证明了扭曲舵具有良好的抗空化性能,为抑制水面舰船舵空化剥蚀、降低船尾振动噪声提供了有效途径,具有优良的应用前景.     

X舵潜艇等效舵角转换装置设计研究

针对X舵潜艇人工操舵不直观这一现象，提出了等效舵角转换设计思想，给出了X舵与十字舵等效舵角转换数学模型，并对X舵潜艇等效舵角转换装置进行了设计研究。     

基于舵角信息的航向修正和横漂速度估计算法研究

阐述了舰船在机动情况时舵角反馈信号对航向精度的提高以及对横漂速度的估计作用,结合舰船的运动模型和航向角H与舵角β的关系模型,考虑横漂速度对舰位的影响,引入舵角反馈信息,建立了有舵角反馈信息参与的kal-man滤波模型,并利用Matlab软件将有/无舵角信息参与的kalman滤波模型进行了比较,结果显示有舵角信息参与的kal-man滤波模型效果较好。     

共翼型舵特性及其对潜艇潜浮运动影响研究

共翼型舵是一种新型的潜艇组合舵翼操纵面.文章首先通过水洞试验和CFD计算对共翼型舵的敞水水动力性能进行了研究,结果表明,共翼型舵的舵效随弦长比和展弦比增大,封堵舵翼之间的间隙可以显著提高舵的水动力性能.随后通过CFD计算对比了分别安装有普通舵、共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇的潜浮运动,结果显示,5°舵角时,安装共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇模型潜浮角分别比安装普通舵的模型提高65％和105％左右.     

船舶数字式舵角发送器的设计与实现

介绍自主设计的数字式舵角发送器的组成、原理和提高测量精度的措施。按此设计生产的产品,检测稳定性好、精度高,接口方便、扩展灵活,体积小、重量轻、无噪音,价格仅为同类进口产品的一半,可代替国内舰船目前普遍使用的模拟式舵角发送器。     

基于数字信号处理的舵角反馈指示系统

针对传统式自整角机舵角反馈指示系统受周围环境影响精度低、可观测性不强、成本高等问题,设计研发一种基于数字信号处理的舵角反馈指示系统。以STC系列单片机为数据处理单元,重点从系统硬件和软件两部分对舵角反馈指示体统进行研究与设计。通过半实物模拟仿真平台模拟舰船航行实验,对比分析舵角反馈指示系统性能。实验结果表明,本文设计的舵角反馈指示系统最终能实现精度高、实时性强的舵角指示,有效降低了设计成本。     

扭曲舵水动力数值计算和自航约束模试验测量研究

建立了桨后舵水动力的CFD数值计算方法,对两种舵的压力分布和舵力进行了比较,结果显示扭曲舵可以明显减小0°舵角时舵上的横向力和舵轴扭矩。在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,试验结果也表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善。将舵力的数值计算结果与试验结果进行比较,两者有较好的一致性,说明建立的数值计算方法可以对桨后舵舵力进行较好的模拟计算。     

磁角度传感器在舵角采集中的应用

舵角采集是现代自动舵控制系统中的重要组成部分。针对传统舵机控制系统中舵角的模拟采集存在的精度,成本等问题,提出了采用AS5040对舵角进行数字采集。通过对磁角度传感器AS5040的工作原理分析,介绍了其在舵角反馈机构中的应用及软、硬件设计。相对传统的角度采集方式,采用AS5040对角度进行数字化采集的方式能够克服模拟信号的不稳定性。同时由于获得的角度信号是数字量,可以确保其与数字电路进行无缝链接,避开了模拟信号中间复杂的A/D采样过程。且AS5040成本低廉,可以更加广泛应用。     

某型驱逐舰液压舵机跑舵故障分析与排除

文章综合多艘某型驱逐舰液压舵机发生跑舵故障的事例,分析了舵机液压系统的工作原理,找出了跑舵原因,排除了故障.然后将该型舰跑舵原因汇总,并据此提出了维护保养建议.     

扭曲舵强制自航舵力测量试验研究

在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,比较分析了扭曲舵和普通舵的舵力特性。试验结果表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善,对舰船的直航性和舵机受力是有利的。在通过打舵使舰船发生回转时,扭曲舵不仅能使舵轴上的受力状态得到改善,而且能够提高舵的操纵力,改善舰船的回转性能。     

Hydrodynamic characteristics of underwater vehicle with X-rudder configuration coupling with incidence and rudder angle北大核心CSCD

[目的]X形艉布局的水下航行体及操纵策略特殊,受主体姿态角影响的X形艉舵特性与十字形艉布局的不同。[方法]基于SUBOFF模型的X形艉布局方案,通过数值计算分析变单舵、变单舵耦合攻角以及变单舵耦合漂角时的操纵性水动力特性,并按照现有的船标推荐公式,对舵角/姿态角耦合下的操纵性水动力特性进行拟合研究。[结果]结果表明,X形艉水下航行体变单舵时,舵与主体间存在较强的相互作用,使得两个正交平面内的水动力(矩)存在差异;区别于无主体姿态角时的X舵水动力特性,耦合主体姿态角后的X舵水动力特性明显受到主体的影响。在研究的姿态角及舵角范围内,右上舵和左下舵舵效分别随姿态角的增大而减小和增大。舵导数相对变化量值最大达16%。[结论]研究结果可为X形艉水下航行体操控及仿真评估分析提供参考。     

Prediction of ship steering capabilities with a fully nonlinear ship motion model. Part 1: Maneuvering in calm water

This paper introduces a new method for the prediction of ship maneuvering capabilities. The new method is added to a nonlinear six-degrees-of-freedom ship motion model named the digital, self-consistent ship experimental laboratory (DiSSEL). Based on the first principles of physics, when the ship is steered, the additional surge and sway forces and the yaw moment from the deflected rudder are computed. The rudder forces and moments are computed using rudder parameters such as the rudder area and the local flow velocity at the rudder, which includes contributions from the ship velocity and the propeller slipstream. The rudder forces and moments are added to the forces and moments on the hull, which are used to predict the motion of the ship in DiSSEL. The resulting motions of the ship influence the inflow into the rudder and thereby influence the force and moment on the rudder at each time step. The roll moment and resulting heel angle on the ship as it maneuvers are also predicted. Calm water turning circle predictions are presented and correlated with model test data for NSWCCD model 5514, a pre-contract DDG-51 hull form. Good correlations are shown for both the turning circle track and the heel angle of the model during the turn. The prediction for a ship maneuvering in incident waves will be presented in Part 2. DiSSEL can be applied for any arbitrary hull geometry. No empirical parameterization is used, except for the influence of the propeller slipstream on the rudder, which is included using a flow acceleration factor.     

分离式舵对潜艇横倾控制仿真分析

阐明分离式舵及差动舵角的定义,并以某型潜艇为例,分析了分离式舵对潜艇横倾的控制能力。并在此基础上编制了基于分离式舵的潜艇自动舵仿真模拟软件,通过仿真模拟对分离式舵与普通十字舵在潜艇高速回转时对横倾的控制能力进行了比较。     

Circular motion tests and uncertainty analysis for ship maneuverability

Circular motion test data and uncertainty analysis results of investigations of the hydrodynamic characteristics of ship maneuvering are presented. The model ships used were a container ship and two tankers, and the measured items were the surge and sway forces, yaw moment, propeller thrust, rudder normal and tangential forces, pitch and roll angles, and heave. The test parameters were the oblique angle and yaw rate for the conditions of a hull with a rudder and propeller in which the rudder angle was set to zero and the propeller speed was set to the model self-propulsion conditions. Carriage data showing the accuracy of the towing conditions in the circular motion test are also presented. It was confirmed that the uncertainties in the hydrodynamic forces such as the surge and sway forces, yaw moment, rudder tangential and normal forces, and propeller thrust were fairly small. The reported uncertainty analysis results of the circular motion test data may be beneficial in validating data quality and in discussing reliability for simulation of ship maneuvering performance.     

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。