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原文传递全垫升气垫船运动特性研究

论文题名：	全垫升气垫船运动特性研究
关键词：	全垫升气垫船;压力面兴波;围裙响应;登滩运动;仿真模型
摘要：	全垫升气垫船是一种依靠船底气垫将全船托起，高速航行于水面之上的高性能船舶。由于其特殊的工作原理，全垫升气垫船具有突出的高速性和两栖性能，但同时，特殊的工作原理又决定了全垫升气垫船的运动是一个船体、围裙、气垫和水面相互耦合作用的非线性多自由度复杂动力系统。气垫船运动状态的多变性和技术的复杂性严重制约了其在军民两个领域内的应用和发展，因此，对全垫升气垫船的运动特性进行深入研究是技术发展和国家需求的共同要求，具有很高的学术价值和战略意义。　　本文首先围绕影响全垫升气垫船运动特性的兴波波形、气垫系统和围裙系统三大关键技术展开讨论和研究，然后建立了全垫升气垫船非线性六自由度操纵运动仿真数学模型，最后提出了全垫升气垫船登滩运动的评估指标，并利用所建立的仿真模型对某型气垫船的登滩运动进行了仿真计算和评估。　　基于矩形均匀压力面兴波的计算方法和线性微幅波的叠加原理，提出了多气室气垫兴波波形的计算方法。利用多气室气垫兴波波形的叠加思想，并将气垫沿船体纵向和横向离散为若干均匀压力分布的气室单元，从而获得了非均匀压力分布的气垫兴波波形计算方法。采用上述计算方法分别对多气室气垫和非均匀压力分布气垫的兴波波形进行了仿真计算，验证了计算方法的合理性。　　针对现有气垫系统模型的不足，采用压力分布垂向平均的思想对气垫内气体流动的力学机理进行了研究，建立了可以更准确地反映气垫内二维压力分布情况的气垫系统动力学模型，并给出了气垫系统的数值计算法。　　针对现有围裙动力学计算模型未考虑围裙囊触水情况的不足，基于柔性薄壳无矩理论，提出将围裙囊外部所受的作用力看作由气体压力和触水浮力叠加而成的具有一定规律的压力分布，从而建立了可以计算围裙指和围裙囊任意触水情况下的二维单囊指围裙运动响应的动力学模型，并给出了模型验证结果和相应的离散计算法；其次，对双囊封闭指围裙手指下端的变压力分布区进行了分析，建立了双囊封闭指围裙运动响应的动力学模型，并对围裙的运动响应进行了仿真计算和验证；最后，基于上述二维围裙研究成果，对围裙变形引入横向张力修正，对围裙囊压引入沿程损失修正，从而建立了三维围裙系统动力学模型。　　建立了船体运动、围裙运动、气垫运动和水面运动相互耦合的全垫升气垫船非线性六自由度操纵运动数学模型，并编制仿真程序对气垫船的运动特性进行了仿真计算和分析，通过与实船数据的对比，验证了数学模型的合理性，且计算精度达到了工程设计和实际使用的要求。　　在对气垫船登滩运动特性进行详细研究的基础上，总结了影响气垫船登滩运动特性的各种因素，提出了全垫升气垫船登滩运动的评估指标，并利用所建立的非线性六自由度操纵运动数学模型，对某型气垫船给定装载情况下的登滩运动特性进行了仿真计算和评估，并总结分析了登滩运动评估指标的变化规律。
作者：	冀楠
专业：	工程力学
导师：	张洪雨
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文