SWATH船运动中断分析和减横摇控制器设计

针对SWATH船实航时产生的水平筛动问题,研究由横荡、横摇和艏摇的耦合运动产生的船舶运动中断(MII),提出设计SWATH船稳定鳍减横摇控制器,减小MII。通过理论分析MII产生原因和SWATH船稳定鳍工作时产生减摇作用的力和力矩特性,验证利用稳定鳍减小SWATH船横摇运动,抑制MII的可行性。在保证SWATH船升沉和纵摇运动的基础上,设计稳定鳍减横摇控制器,减小SWATH船横摇。仿真结果表明,控制器使SWATH具有良好的纵向运动性能,有效减小了横摇运动,抑制MII。     

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。     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

迎浪中ONR内倾船参数横摇抑制措施研究

参数横摇的发生会危害舰船的航行安全性。该文以ONR内倾船作为研究对象,选用舭龙骨作为ONR内倾船参数横摇减摇及抑制设施,基于黏流CFD方法,计算了舭龙骨的安装角度和宽度对横摇阻尼的影响规律;为了提高减摇效果,设计了一种可收放式的新型舭龙骨减摇装置,利用三维势流分析方法,研究了该装置不同参数方案下的ONR内倾船规则迎浪下的横摇运动特性。仿真结果表明,舭龙骨减摇装置可以对ONR内倾船的参数横摇运动产生较好的抑制和减摇效果,特别是文中设计的收放式舭龙骨方案,对参数横摇的抑制效果非常明显。     

小水线面复合单体无人艇纵摇运动模式研究

本文以小水线面复合单体无人艇为研究对象,在2种吃水条件下,不同初始纵摇角纵摇衰减运动模型试验,测得纵摇角度随时间变化的曲线,共建立4种纵摇衰减运动模式的系统辨识运动方程,基于系统辨识理论和多种现代优化算法设计并改编了计算软件。通过系统辨识后目标函数的比较,确定了最适合此艇型的纵摇运动辨识方程,得到方程中各力矩系数拟和值,且系统辨识角速度和试验角速度的误差范围平均在4%以内,验证了辨识系统的可靠性。选取其中一种典型角度下的纵摇数据作为辨识依据,讨论2种吃水下水动力矩与时间的变化关系。与同吨位单体滑行艇纵摇运动模式进行比较,表明小水线面单体无人艇纵摇衰减能力较强。     

船舶参数激励横摇运动鲁棒控制

船舶横摇运动是船舶非线性运动中的一个重要研究课题。本文在非线性船舶运动模型的基础上,利用精确反馈线性化将船舶参数激励横摇运动模型转换为线性模型,然后根据一阶闭环增益成形设计非线性鲁棒控制器,最后利用有无干扰情况下的船舶横摇运动来说明本文所设计控制器的鲁棒性强。     

6级海况下波浪补偿装置平台的机构优化设计

为缩短波浪补偿装置平台的研发周期,以某型号风电安装船为研究对象,根据我国海洋部门提出的东海区域谱密度公式,运用Matlab软件分别模拟出6级海况下的波普密度曲线、波倾角变化曲线、该型号风力发电船的横摇、纵摇和升沉运动曲线。具体以风力发电船在6级海况下的横摇、纵摇和升沉运动范围约束平台机构的运动范围,采用遗传算法对平台机构进行优化,分别设定不同机构参数为目标函数进行局部优化,最终为平台结构的合理化设计提供数据支持。     

极地科考船在规则波中的参数横摇数值模拟

以一艘极地科考船为研究对象,利用基于Rankine面元法的Wasim模块,分析其在不同波浪条件下参数横摇发生的规律。首先建立了适合Wasim模块计算的数值模型,基于考虑黏性的CFD模拟下的自由横摇运动引入了非线性阻尼,进而验证了在Wasim中进行横摇运动模拟的准确性;然后模拟了船舶谐摇的情况,将谐摇结果作为基本值对比后续的参数横摇结果;最后模拟了不同浪向角和波浪频率下的船舶参数横摇运动,分析了极地科考船发生参数横摇的规律。结果表明,Wasim模块能够较好地模拟船舶横摇运动;参数横摇发生在遭遇频率为固有频率1.95～2.1倍区间范围内;无航速下,在横浪附近的参数横摇较为严重,容易引起船舶倾覆;设计航速下,参数横摇更易发生在迎浪的波浪条件下。     

船舶舵减横摇H∞鲁棒控制系统

研究了船舶舵减横摇鲁棒控制系统设计问题。根据船舶运动和流体力学原理,指出了舵上产生的横摇力矩及船舶航向(艏摇)与横摇的分频特性,是舵-航向/横摇综合控制技术的基础。提出广义输出干扰的概念,将舵减横摇控制系统广义对象的奇异控制问题转化为非奇异标准控制问题,给出了艏摇/横摇耦合运动的线性分式变换模型和广义对象状态空间实现,设计了舵减横摇H∞鲁棒控制系统,并用结构奇异值理论对所设计的系统进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。通过数字仿真,证明所设计的控制系统具有良好的减摇控制效果和鲁棒性。     

6级海况下波浪补偿装置平台的机构优化设计

为缩短波浪补偿装置平台的研发周期,以某型号风电安装船为研究对象,根据我国海洋部门提出的东海区域谱密度公式,运用Matlab软件分别模拟出6级海况下的波普密度曲线、波倾角变化曲线、该型号风力发电船的横摇、纵摇和升沉运动曲线.具体以风力发电船在6级海况下的横摇、纵摇和升沉运动范围约束平台机构的运动范围,采用遗传算法对平台机构进行优化,分别设定不同机构参数为目标函数进行局部优化,最终为平台结构的合理化设计提供数据支持.     

舰艇横摇进水过程姿态参数数值求解与实验研究

目前在进行破损舰艇进水过程姿态计算的理论和实验研究时,主要还是针对静水情况进行分析,而未考虑舰艇横摇运动下进水过程的姿态计算。基于此,首先以横摇运动的进水过程为研究对象,建立横摇运动微分方程组;然后,在对时间域进行离散化的基础上,使用“四阶龙格-库塔”公式建立数值求解算法;最后,对模型及求解算法进行船模实验验证。设计的实验包括3个不同的进水模式,船模实验结果表明了模型和算法的准确性。所建立的模型和算法可直接用于舰艇横摇运动的仿真,并能为横摇过程中的舰艇稳性计算提供支撑。     

Spar平台垂荡一纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。     

新型三体船横摇运动模式分析

对新型三体船模型在不同吃水下横摇运动模式进行实验研究。采用惯性测量系统MTI-G测得横摇衰减角速度曲线,并利用基于遗传寻优的系统辨识方法,进行横摇运动模式的辨识分析,验证该辨识模型及其方法的可行性;通过优化计算确定该船型在不同吃水下的横摇运动微分方程,初步探讨影响横摇运动相关参数的变化规律。该方法和研究结果可为此类三体船耐波性的深入分析和设计提供技术支撑。     

船舶在波浪中非线性横摇运动建模及稳定性研究

文章对船舶在波浪中非线性横摇运动模型进行分析,论述船舶在波浪中的横摇运动稳定性。对规则波浪下的船舶横摇运动稳定性进行了分析对比,从数学的角度对模型的可靠性和稳定性进行了仿真,实验数据表明在随机波浪的干扰下,船舶的横摇运动模型具有很强的抗干扰性能,能够胜任复杂的海洋环境,期望通过本文的研究能够提升船舶的工业设计水平。     

基于NFTSM的吊舱推进器与减摇鳍联合减摇控制

以同时装备吊舱推进器和减摇鳍船舶为研究对象,进行横摇/航向联合控制的研究。首先建立吊舱推进船舶四自由度（纵荡、横荡、横摇和艏摇）运动非线性数学模型,并进行仿真试验验证模型的准确性。其次针对船舶运动系统具有非线性、强耦合、多变量的特点,设计基于非奇异快速终端滑模（NFTSM）的POD船舶横摇/航向联合控制器;并且针对海浪干扰、模型参数不确定且上界未知的情况,设计自适应律对不确定项进行估计。最后通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性。不同海况下的仿真结果表明,设计的控制器在保证航向控制精度的同时取得了良好的减摇效果,且鲁棒性较强。     

风浪作用下船体纵摇运动对螺旋桨激振力特性影响分析

大型高速船舶在风浪中航行时会发生摇荡,导致推进效率下降,还会引发严重的螺旋桨激振力。以KCS船和KP505螺旋桨为研究对象,采用RANS方法和重叠网格技术,对无船体纵摇运动和有船体纵摇运动下的船-桨-舵系统开展了水动力数值计算分析。计算结果显示,在纵摇运动下桨盘面处标称流场的空间不均匀度基本上和无纵摇运动相当,但流场的时间不均匀度急剧增加。同时,在船体纵摇运动情况下船体阻力时均值大幅增加、螺旋桨推力时均值大幅减小。对螺旋桨水动力时域信号进行快速傅里叶分析,发现在纵摇运动时螺旋桨非定常力频谱中的峰值更加丰富,在所有峰值中以纵摇运动频率处的峰值为最大,且远大于叶频处的峰值,它随纵摇运动幅值的增大而升高。     

灯光助降系统摇摆测试台运动分析与仿真

根据灯光助降系统横摇、纵摇指示器的设计要求,提出了一种三自由度并联摇摆测试台,用于试验指示器内发射光束的稳定性能.采用解析法建立了该测试台的运动方程,算例仿真分析结果表明,驱动主运动支链的活塞杆移动,可以实现既定规律下运动平台的横摇、纵摇和升沉运动,满足灯光助降系统的性能测试要求.     

大型浮船坞浮态鲁棒控制分析

以某30000 t举力浮船坞为研究对象,为更好地掌握其横摇运动的特性,分析浮态变化规律。根据浮船坞自身的特点,利用鲁棒控制原理,对其横摇减摇系统进行设计。并且基于灵敏度极小化的思想,对浮船坞横摇减摇控制系统进行仿真。通过分析得到,减摇控制系统对海浪干扰的抑制能力能够达到设定的干扰抑制要求。     

基于干扰观测器的舵阻摇PID控制

以船舶运动的横摇模型为研究对象,在常规PID控制器的基础上设计海浪干扰观测器,实现对海浪干扰的等效补偿,增强舵阻摇PID控制器的鲁棒性。仿真结果表明本文方法的有效性。     

破冰船减摇水舱装置控制方式研究

通过对破冰船减摇水舱工作原理和水道控制阀工作环境的研究,比较了各种工作方式的特点。以破冰船的计算为例,选择适合可控被动式减摇水舱水道控制阀的驱动方式,并设计了此方式下的运动模式和控制方法。