基于最小舵系能耗的操舵策略计算方法

对舵系能耗的构成进行计算分析，结合船舶操纵运动数学模型（MMG）建立舵系能耗计算方法，针对具体算例求解以最小舵系能耗为目标的最优操舵策略，讨论相关变量条件对操舵策略及舵系能耗的影响。结果表明：该计算方法具有可行性；对于算例船舶，以10°舵角操舵是使艏向角改变60°的最优操舵策略；不同的舵压力中心位置、舵阻力特性和初始航速条件不会改变算例船舶给定目标任务下的最优操舵策略。研究结果可为船上智能驾驶系统或驾驶人员做出操舵决策提供有效的算法支撑。     

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。     

舵设备

舵设备 rudder and steeringgear 舵及其支承部件和操舵装置的总称 操舵装置 steering gear 能在一定时间内，保证将舵传动至所需角度的机械装置。一般分人力操舵装置和动力操舵装置两类     

液压舵机与操舵装置控制系统接口分析

在船舶航行中,一般采用自动舵、手动操舵(随动FU和非随动NFU)和应急操舵3种操舵方式来操控舵机。从船舶电气设计工作角度出发,分析船舶上选用阀控型和泵控型电液舵机时,与操舵控制系统连接时在接口信号上的差异,对设备选型和电气系统设计有帮助。     

基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力

为探究某新型船舶的舵减摇潜力,将该船舶的实际船体参数引入到船舶运动模型中,通过建立的Matlab仿真平台进行模拟仿真,观察船舶在不考虑海浪等环境干扰情况下,不同摆舵幅度和操舵频率对船舶横摇角的影响。根据横摇角的变化特点设计实验方案,探究该新型船舶在舵速限制下能产生的最大横摇角,分析船舶具备的舵减摇潜力。根据实验可知,通过合理的操舵策略,该船舶能够产生较大的横摇角,具备较好的舵减摇潜力。     

高升力舵

英国的乌尔斯特恩(Ulstein)有限公司已设计出一种高升力舵,它改善了操舵和操纵性。高升力舵具有球形边缘,带有一只可活动的襟翼和数个叶片,襟翼的半椭圆形边缘产生较大的升力。襟翼的用途有两个,即增加入舵叶有效部分和改变舵叶的曲率。襟翼角与舵角成正     

超空泡航行体操纵过程流体动力特性数值模拟研究

超空泡航行体操舵过程会引起空泡变形,导致航行体流体动力学特性发生变化。为了了解超空泡航行体操舵过程中航行体的动力学特性,文中采用基于欧拉两流体模型的CFD数值模拟方法及动网格技术对超空泡航行体空化器、尾舵操舵过程以及航行体攻角变化过程中的空泡形态及航行体瞬态流体动力特性变化规律进行了研究。研究结果表明空化器操舵过程中空化器升力随偏转角基本呈线性规律变化,对航行体尾部滑行力的影响相对于攻角变化对滑行力的影响为小量;尾舵操舵过程改变了空泡尾部流场,对于航行体尾部滑行力会产生重要影响。     

船舶自动操舵数字多回路串级控制系统

本文根据数字控制系统设计原则，结合多回路控制的特点和船舶操纵性传递函数模型，对船舶自动操舵系统进行了直接数字化设计。形成了船舶自动操舵数字多回路串级控制系统，求出了系统航向有因路主调节器的Ｚ传递函数和舵角辅助量补偿回路副调节器的Ｚ传递函数，并且分别得到了主调节器和副调节器的计算机实现算法。     

不同舵角下前置预旋导轮对桨舵影响的模型试验研究

前置预旋导轮(pre-shroudedvanes)是一种安装在船体尾部的桨前节能装置,用来整流和增加预旋,以提高推进效率。论文以某单桨、单舵散货船为对象,在压载吃水状态和不同的舵角δ下,开展导轮对螺旋桨和舵性能影响的自航试验研究。试验结果表明:安装导轮对舵的性能总体来说是有利的,尤其是当舵角δ 15°时可有效减小舵杆上的扭矩,而对舵侧向力影响有限,不影响操纵性;导轮对螺旋桨性能的影响是有利的。     

潜艇X舵控制分配器设计和仿真

[目的]为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。[方法]操舵控制系统采用"主控制器—控制分配器"级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法(WLS)问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。[结果]仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。[结论]所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

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。     

散货船操舵试验舵计算及参数分析

根据IMO安委会第92次会议的修正案35对SOLAS规范第Ⅱ-1章C部分第29条第3段增加的补充说明3.5.3,对于无法做到结构吃水的情况,需对压载状态的舵叶的受力和扭矩进行推算,得出等效于结构吃水状态情况下的数据,以验证舵机的性能。虽然此修正案已生效一段时间,散货船也一直提交压载状态的舵叶受力和扭矩计算书,但有时会忽略试验结果与理论计算的比对,对其计算过程中一些参数的选取也不够严密。文章将在82K散货船的基础上分析转换计算的过程和一些参数选取。     

泵控液压缸操舵系统压力冲击特性研究

泵控液压缸操舵系统因工况复杂、负载变化大、变量泵装置惯量较大等因素,使其产生的压力冲击对系统效率、平稳性及准确性造成了不利影响。首先对泵控液压缸操舵系统进行物理建模,采用Simulink对系统进行动态特性的仿真研究;其后在AMESim软件中建立泵控液压缸操舵系统模型,仿真液压缸压力冲击,并与Simulink仿真结果对比,确定模型的正确性。在此基础上,重点分析航速、伺服控制系统中阀控液压缸弹簧弹性系数以及舵角速度对系统冲击特性的影响,据此得到减小压力冲击的设计方法和控制结论,为改善泵控舵的性能提供理论依据。     

提高随动操舵控制精度的方法探讨

本文针对水面舰船操舵控制中常采用的比例阀或伺服阀控制方式容易卡舵和可靠性不足等缺点,提出采用新的控制方法控制电磁球阀伺服机构提高随动操舵控制精度,同时保留结构简单、可靠性高等优点。     

潜艇组合型尾舵的水动力模拟计算及分析

首先对阐述了计算流体动力学的基本知识,介绍了RANS控制方程和湍流模型,然后利用计算流体动力学软件CFX,合理选用有限体积法和RNG k-ε湍流模型对潜艇组合型尾舵的水流场进行了数值模拟计算,得到其在一定舵角下的升力系数、阻力系数、扭矩系数和压力中心系数曲线图,通过对其进行分析,得到了潜艇组合型尾舵的外特性随舵角变化的规律.本研究对于潜艇组合型尾舵的水动力性能研究、设计及工程应用具有一定参考价值.     

仿生型操舵倒航机构倒航性能试验及数值研究

为研究喷水推进操舵倒航机构的倒航性能,以仿生型操舵倒航机构为研究对象,基于带自由液面的力特性循环水槽及操纵力试验台架,对操舵倒航机构在不同流量条件下进行水动力试验,采用六分量仪测量操舵倒航机构受到的力。基于CFD技术,采用RANS方法和VOF算法对该机构进行水动力仿真计算,得到作用于操舵倒航机构上的力及流场特性,并将该计算与试验结果进行比较。结果表明,计算与试验值存在一定偏差,但在工程可接受范围内,说明所采用的计算方法可以用来预测仿生型操舵倒航机构在倒航工况下的水动力特性。     

深海平台操舵机构运动精度可靠性分析

针对深海平台操舵机构运动精度不足严重威胁平台结构安全的问题,以某深海平台摆缸式操舵机构为例,将构件加工尺寸、角度等参数考虑成随机变量,建立摆缸式操舵机构运动精度可靠性分析模型,给出可靠性求解方法及算例;分析运动精度与舵叶偏角之间的关系发现,舵柄与油缸夹角与90°相差越大,舵偏角误差越大;通过计算灵敏度因子得到各因素对操舵机构运动精度失效的影响程度排序及改进建议。     

基于流固耦合的舵桨水动力性能研究和强度校核

文章创新地提出了将流固耦合计算方法应用于对舵桨的水动力性能和强度校核的联立求解中。应用此方法,对舵桨在不同航速下的水动力性能进行了研究,比较了不同航速下舵桨产生的推力和扭矩,总结出桨叶推力、扭矩、敞水效率随进速变化的规律;同时又以流体计算的结果作为强度计算的载荷条件,对舵桨强度进行校核,从而保证了舵桨满足强度需求。流固耦合计算方法的使用为舵桨性能研究提供了一套全新的方法。     

4250 TEU集装箱船舵空泡试验研究

大型集装箱船航速高,主机功率大,实船航运中半平衡舵上易产生由空泡引起的剥蚀危害。为改善这种状况,在船研所空泡水筒进行了4 250 TEU集装箱船舵空泡试验研究。观察操舵过程中舵空泡产生的情况,探讨降低舵剥蚀的方法,延长舵的有效使用年限。     

基于舵机能力验证要求的舵系优化设计

在IACS统一解释文件UI SC246 Rev.1提出根据非满载试航船舶操舵试验结果对满载航行状态船舶舵机能力进行验证的换算方法之后,相当一部分采用半悬挂舵的船舶出现了无法按该方法通过舵机能力验证的状况。为解决上述问题,本文基于常规船型半悬挂舵的3种典型布置方案,通过设计相同的舵面积和不同的几何外形,得到3个计算模型,利用计算流体力学(CFD)方法对各方案的全浸没和部分浸没状态分别进行计算分析。计算结果表明,舵叶平衡比对舵杆水动力扭矩存在直接影响,适当大的舵叶平衡比设计可以显著降低舵叶全浸没状态和部分浸没状态的舵杆水动力扭矩。基于此结论,对某型未能通过换算验证的船舶舵系进行优化设计,适当增大了舵叶平衡比。后续船试航结果表明,舵机能力验证满足UI SC246 Rev.1的要求,确认了CFD计算结论的正确性,为以降低舵杆水动力扭矩为目标的舵系优化设计提供了理论和实践依据。