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全垫升气垫船海上操纵航行运动仿真数学模型研究
| 论文题名： | 全垫升气垫船海上操纵航行运动仿真数学模型研究 |
| 关键词： | 全垫升气垫船;六自由度;操纵运动;运动仿真;数学模型 |
| 摘要： | 全垫升气垫船，以其独特的两栖性和良好的快速性被世界主要的海军强国广泛应用为登陆作战运输的载具装备。但气挚船海上操控运动与其运动性能至今尚存在诸多问题，极大的影响了驾控航行的安全指导。本论文的主要目的就是根据空气动力学、流体动力学以及气垫内部动力学等相关理论，建立全垫升气垫船海上操纵运动与操控设备运行仿真数学模型，解决各操控设备运行的仿真数学模型问题和包括气挚、围裙以及操纵航行运动动力学的仿真数学模型等底层力学与数学问题。 为了描述气垫船的操纵运动，在随船坐标系中根据动量及动量矩定理推导了静水及风浪环境下的六自由度操纵运动方程。按照日本操纵性数学模型研讨小组(MMG)分离模型的思想，将气垫船的受力分为水阻力、操控设备所产生的力、空气动力、波浪力以及气挚回复力。借助于以往的经验公式，详细介绍了了气挚船的阻力计算方法以及风浪数学模型；通过考虑气垫船的静态力平衡方程、风扇风道方程、流量连续性方程，推导出了动态垫升流量和气垫压力的关系式，其中计及运动泵气和波浪泵气以及由于气挚压缩性而引起的流量变化。 在已建立的气垫船六自由运动数学模型基础之上，作者利用FORTRAN语言开发了气垫船操纵运动仿真程序，以验证模型的正确性。利用该仿真程序，对气挚船在静水中的典型操纵运动进行了仿真试验，包括直航运动、定舵角回转以及定桨矩差回转运动；探讨了螺旋桨转速、初始航速、舵角、侧风门等多个因素对操纵性能的影响；仿真模拟了气挚船在静水中航行时独有的内倾、侧漂等特性；比较了不同回转方法的优缺点。 在上述静水模型的基础之上，加入风浪干扰力，并数值仿真气垫船在风浪中的操纵运动，总结出风浪环境下的运动特性，给出了顺风条件下无法完成回转的临界条件。其中最为重要的对气垫船在静水及风浪中的垂向运动进行了分析，初步模拟了波浪泵吸引起的船体“下沉”等特殊现象。通过对气垫船在上述工况下的运动特性与前人的结果进行对比，验证了该操纵运动与设备数学模型的正确性。 |
| 作者： | 杜茉 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 丁勇 |
| 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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