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变形鳍水动力特性分析及低航速控制策略研究
| 论文题名： | 变形鳍水动力特性分析及低航速控制策略研究 |
| 关键词： | 变形鳍;水动力特性;升力模型;最优拍动方式;低航速控制策略;减摇鳍 |
| 摘要： | 减摇鳍作为中高航速下的减摇装置一直备受关注，主要原因是其减摇效果可以达到90％以上。但是传统减摇鳍存在一个缺点，即当流过鳍表面的水流速度较小时，减摇鳍基本不起任何作用，这与减摇鳍产生升力的机理有关。然而船舶总是有很长时间处于系泊状态，或是因为进行某些特殊作业的需要而航行于较低航速下，此时船舶的减横摇问题就很难解决。通常采取的方法是同时安装减摇鳍和减摇水舱、舭龙骨等减摇装置，这意味着至少有两套减摇系统需要设计和维护，此时涉及到的人力、物力和费用等问题都将成为很大的压力。同时，因为零、低航速下主要依靠减摇水舱减摇，但是只有当水舱内液体的振动固有频率与船舶的横摇固有频率相近时，减摇水舱才能达到很好的减摇效果，如果频率相差悬殊，结果可能导致进一步增加摇晃。 基于减摇鳍在零、低航速下使用受限的问题，本文提出了一种变形鳍，从外观来看，其具有较小的展弦比，鳍轴靠近前缘，在主鳍体内含有一个小鳍，可以在需要的时候由液压缸作用推出体外。从功能上来说，提出这种变形鳍的主要目的是解决减摇鳍全航速有效的问题，在不同的航速下，其安装方式固定不变，但是随着航速的不同，变形鳍的使用策略会随之变化。与之相似的设计思想在国内外已有研究人员进行了深入的研究，但是其研究重点主要放在零航速下减摇鳍采用的运动方式，产生升力的机理等方面。对于低航速条件下，减摇鳍的使用策略研究的不是很深入。 本文的主要内容为，首先分析了变形鳍在中高航速下和零、低航速时采用的运动方式及产生升力的机理，同时由流体力学相关知识推导出变形鳍在零、低航速下的升力模型；其次分析在零航速下，变形鳍的水动力特性与哪些因素有关以及存在怎样的关系；因为变形鳍在零、低航速下存在的主要问题是，其上产生的升力不足，所以论文中进一步讨论如何寻找一个最优拍动方式，使得变形鳍上的升力更大，更好的完成减摇。以往的研究重心大部分放在中高航速或是零航速下，本文将相对完整的讨论变形鳍在低航速下的控制策略问题。 文章的最后一部分给出了长峰波随机海浪的仿真方法及结果，其将作为变形鳍减摇系统的一个模块，即相当于变形鳍控制系统的海浪扰动输入出现在MATLAB/Simulink上搭建的系统模型中。通过设置不同的参数，对变形鳍在不同海情下的减摇效果和系统性能做了分析。 |
| 作者： | 周世双 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 吉明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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