基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究

发布时间：2020-05-22 08:00

【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。
【图文】：

翼结构,船舶航行阻力,船底,乘客

T型翼结构图

减摇,附加装置,减摇鳍,船宽

图 1.4 SSTH-70（大洋之箭）和 Silvia Ana（2）国内减摇问题的研究国内对于附加装置减船舶纵摇研究起步较晚，20 世纪 90 年代初，哈船院首次开为船舶附加装置减摇的研究，，并取得了一定的成果。目前在国内附加装置使用的较熟的当数减摇鳍技术，减摇鳍为安装在船体两侧的减摇装置，传统的低速船应用减效果十分明显。但是减摇鳍对船宽有一定限制，现代的高速三体船船宽较宽，在其
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.7;TP391.9

【参考文献】