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基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究
| 论文题名： | 基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究 |
| 关键词： | 三体船;T型翼;压浪板;解耦反馈控制器;减摇性能;视景仿真 |
| 摘要： | 当三体船高速航行时，由于三体船结构特殊，所产生的横摇很小，不影响三体船的正常航行。但产生的纵摇会直接影响到航行的速度、舰载人员舒适感和船体的稳定性。T型翼、压浪板是近些年来出现的新型减摇设备，并且三体船船艏底部平滑，适配T型翼不会影响三体船结构特点。本文对带有T型翼、压浪板的三体船进行纵向运动分析。 本文针对三体船进行了结构分析，首先建立惯性坐标系，以及随三体船运动的随动坐标系。在此坐标系下对三体船进行受力分析，三体船在航行中应在6个自由度下运动，由于横向运动对三体船的影响并不明显。本文仅在纵向运动上建立了三体船的数学模型，得到所受到的升力、升力距与海浪以及船体自身结构的关系。并根据实船模型，利用CFD仿真与遗传算法得到三体船纵向运动的状态空间方程，推导出传递函数。这有助于加深对三体船模型的认识，可以明了的看出波浪等对三体船升沉、纵摇的影响。 在建立了三体船的数学模型后、得到了实船的传递函数后，在实船上装配T型翼、压浪板，进行分析。还是在纵向上对其进行分析，得到了装配T型翼、压浪板的三体船纵向运动方程。根据此方程设计控制器，控制T型翼、压浪板变化角度，从而减摇三体船升沉、纵摇。由于T型翼、压浪板相互耦合，对三体船的升沉、纵摇同时有作用效果，因此必须对其进行解耦计算。以纵摇最终全部作用在T型翼上，升沉全部作用在压浪板上为基本原则，对系统进行解耦。解耦完成后，利用LQR控制算法，针对此系统设计解耦反馈控制器。最终，验证了T型翼、压浪板减少三体船升沉纵摇的可行性。 为了验证设计的控制器是否可以有效的减少三体船纵摇，需要对其进行验证。由于实艇成本过高，一旦出错会大大增加开发成本。因此，首先利用虚拟仿真的方式进行验证。本文利用Vega Prime与MFC相结合的方式，开发了三体船视景仿真系统。开发虚拟仿真系统，首先要绘制三体船的三维模型。本文利用3D MAX2013与Creator软件相结合的方式，1∶1的绘制了三体船、T型翼、压浪板的三维模型，利用Creator自带的阴影、配色、光线等功能对三体船进行渲染，达到拟真效果。根据T型翼、压浪板运动方式设置DOF节点。 模型绘制完成后，利用LynX Prime软件将其加载到ACF文件中，配置相关海洋模块、海浪效果等。之后在VC++6.0开发环境下，开发三体船视景仿真程序。应用程序中包含了场景渲染、模型驱动、人机交互等功能。并在软件中写好控制程序，编写相关的曲线控件后，对系统进行仿真验证。 |
| 作者： | 黄溟深 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 刘志林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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