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高速船纵向运动与T型翼控制方法的优化研究
| 论文题名： | 高速船纵向运动与T型翼控制方法的优化研究 |
| 关键词： | 高速船;纵向运动;T型翼;水动力性能 |
| 摘要： | 三体船的快速性要优于单体船，但是它的发展和应用却受到限制。是因为三体船在以一个较高的速度航行时，其纵向运动响应较大。T型翼是一种船舶附体，通常安装在船艏的底部，T型翼水平翼的摆动角度能够实时地随着船体的运动而发生改变,通过产生与船舶运动方向相反的升力，有效提高船舶的适航性。要研究主动控制系统,就要建立合适的控制方法，并且应用控制系统观察减摇效果。为了能够使T型翼的主动控制系统对三体船产生良好的减摇效果，提高其适航性，本文对主动控制系统的优化进行了研究。 首先，本文介绍了一些基本的数学模型和计算原理。在STAR-CCM+软件中计算了T型翼的升力性能。在升力矩控制原理的基础上，建立了船体角运动与T型翼的升力矩的计算方程，从而根据计算原理，得到了摆角与控制参数的控制方程。然后计算静水中T型翼被动控制时船模的运动，对比T型翼摆角和船模运动的相位差，分析相位滞后效应，可以得出:在不同的摆动频率下，升力与纵摇角速度之间存在相位差且随着摆动频率的加大，相位滞后逐渐减小。这种相位滞后效应也与航速有关，不同航速同一频率下的相位滞后效应也不同，总体趋势是航速越大的相位差越大，但随着摆动频率的加大，两种航速的相位差逐渐趋近于一致。接着本文在相位滞后效应的基础上，得到了在不同航速不同波长下，控制T型翼的升力(矩)的控制参数，优化了控制方法。 接着，为了验证这种控制方法的有效性，本文利用数值仿真技术，分别让不同航速的裸船模、引入被动式T型翼以及引入两种主动式T型翼在不同波长的规则波下航行，测量其垂荡、纵摇。将这四者的图像进行对比，可以得出:优化控制方法后,中航速的减摇效果无论是垂荡运动响应还是纵摇运动响应，均要优于低航速的减摇效果。这是因为航速越大，相位差越大，所以优化后的控制方法对减摇就更有效。无论是低航速还是中航速，无论是垂荡运动响应还是纵摇运动响应，减摇效果都有提升,中波段减摇效果最好，对比裸船能达到30％～50％。主动控制T型翼的减摇效果要优于被动控制T型翼的减摇效果，中波段减摇效果最好，对比被动能达到20％～30％。无论波长是多少，考虑了相位差的控制方法都要优于不考虑相位差的控制方法的减摇效果，在中波段的减摇效果最突出，长波和短波效果较差。 以上研究证明本文在考虑相位滞后效应改进了T型翼的优化方法后，实现了对三体船更优的减摇效果，提高了三体船的适航性。 |
| 作者： | 满庆洋 |
| 专业： | 海洋技术 |
| 导师： | 吴宗铎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东海洋大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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