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Magnus旋转式减摇装置的设计及其控制特性研究
| 论文题名： | Magnus旋转式减摇装置的设计及其控制特性研究 |
| 关键词： | 船舶设计;低速航行;减摇装置;动力学分析 |
| 摘要： | Magnus旋转式减摇装置是一种新型的船舶减摇装置，在低航速甚至零航速下具有很好的减摇效果。另外，Magnus旋转式减摇装置还具有体积小，重量轻，结构简单，安装方便，驱动功率小等优点，因此，该装置在船舶减摇方面具有很好的应用前景。目前将Magnus旋转式减摇装置应用于实践的主要是国外几家公司，国内对Magnus旋转式减摇装置的研究还属空白。因此，开展对Magnus旋转式减摇装置的水动力分析、结构设计以及控制特性的研究具有十分重要而深远的意义。本文的主要研究内容为：对Magnus旋转式减摇装置的减摇原理进行理论分析，并对该装置进行水动力数值仿真，分析影响水动力的因素，建立系统各部分的数学模型，并对随动系统进行分析与校正，仿真并分析整个系统的控制特性。 本文首先对国内外一些应用广泛的减摇装置进行了减摇原理及减摇效果分析，介绍了Magnus旋转式减摇装置的国外研究现状，分析了 Magnus效应原理，对其产生升力和阻力的机理进行了理论推导，讨论了Magnus旋转式减摇装置的水动力特性。其次，利用流体力学软件对Magnus旋转式减摇装置进行了建模以及水动力数值仿真，根据仿真结果分析雷诺数、转速、航速以及转速比对升力特性、阻力特性以及升阻比的影响，着重讨论了航速固定时，转速对Magnus旋转式减摇装置升力的影响及其变化规律。根据船舶的海浪扰动、横摇运动、随动系统以及减摇装置分别构建各部分的数学模型。最后，根据美国Quantum公司推出的Maglift型“Magnus效应回转轴”减摇装置的其中一种类型，给出了与之相适应的目标船的船体参数和相匹配的Magnus旋转式减摇装置的参数；分析了Magnus旋转式减摇装置减摇控制系统各部分的构成，确定了随动系统各元件的参数，并对随动系统的的控制性能进行了分析与校正；最后根据已推导建立的系统各组成部分的数学模型，在Matlab/Simulink中搭建Magnus旋转式减摇装置减摇系统的仿真模型，并对不同航速，不同海况和遭遇角下Magnus旋转式减摇装置减摇效果进行仿真分析。仿真结果表明，该减摇控制系统在低航速下有明显的减摇效果。 |
| 作者： | 杜雪 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 梁利华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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