计及非线性因素的全垫升气垫船柔性围裙动态响应研究

发布时间：2020-11-20 00:32

　　全垫升气垫船船体底部四周装有围裙结构,在气垫的支撑作用下,可以使船体行驶时脱离水面。因此,气垫船可以在水面上或者陆地上航行,具有优良的高速性与两栖性,被广泛应用于军事和民用船舶领域~([52])。然而,也正是由于全垫升气垫船结构及航行的特殊性,使得全垫升气垫船在许多方面不同于其他常规船舶。比如,全垫升气垫船柔性围裙系统、垫升系统以及两者相互耦合产生的动态响应;围裙结构的动态响应特性与气垫船的稳性、适航性和耐波性等运动性密切相关。同时,围裙动态的仿真需要更为严谨的气垫船运动力学模型和精度更高的数值求解方法。目前,对柔性围裙结构动态响应研究的文献和围裙结构设计的规范非常罕见,现有围裙结构模型也没有考虑到围裙结构形式多样性,无法反映不同结构形式围裙的动态响应特性。因此,本文从理论推导入手,对全垫升气垫船柔性围裙结构动态响应进行研究,主要完成了以下几部分工作:1.气垫船垫升系统的气动力学模型推导。通过分析风扇、气道等特性,研究流量从风扇传递到围裙囊内的流量–压力特性曲线。在此基础上,基于伯努利方程和理想气体状态方程,建立了垫升系统的气动力学模型。2.气垫船运动力学模型推导。基于拉格朗日力学理论,将围裙简化为二自由度的动力学系统,建立柔性囊指围裙动力学模型。通过气动力学模型和围裙动力学模型的耦合,最终建立气垫船运动力学模型。3.气垫船柔性围裙结构动态响应数值分析。通过对气垫船运动力学模型的分析,选择合适的数值方法,求解模型中的非线性微分方程组。最终得到柔性围裙的动态响应和运动响应。4.三囊围裙(艉裙)结构动态响应研究。气垫船围裙形式具有多样性,因此基于拉格朗日力学理论推导出三囊四自由度艉裙动力学模型,并结合气动力学模型计算出艉裙的动态响应。本文通过推导气垫船运动力学模型,选择合理的数值方法,得到围裙的动态响应。再通过与相关设计规范以及自身对比,发现数值计算结果符合围裙的运动规律,为以后预报气垫船环境载荷奠定基础。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.943
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外气垫船的研究现状及其发展动态
        1.2.1 气垫船的发展现状
        1.2.2 围裙与垫升系统耦合的动态研究发展现状
    1.3 课题的研究内容
第2章全垫升气垫船运动力学模型分析
    2.1 概述
    2.2 气垫船刚性船体系统分析
    2.3 气垫船柔性围裙系统的分析
        2.3.1 气垫船柔性围裙几何结构模型
        2.3.2 柔性围裙系统的动力学模型分析
    2.4 气垫船垫升系统分析
        2.4.1 垫升系统风扇特性
        2.4.2 垫升系统的气动力学模型分析
    2.5 二自由度囊指围裙的气垫船运动力学模型
    2.6 本章小结
第3章柔性囊指围裙结构动态响应时域求解
    3.1 概述
    3.2 系统动态耦合过程
    3.3 气垫船实船参数与变量初始值
    3.4 柔性围裙动态响应时域求解数值方法分析
        3.4.1 四阶龙格-库塔法数值分析
        3.4.2 多项式外推法数值分析
        3.4.3 线性化数值分析
    3.5 本章小结
第4章三囊四自由度围裙动态响应研究
    4.1 概述
    4.2 三囊四自由度柔性围裙结构分析
        4.2.1 围裙结构自由度的选取
    4.3 三囊四自由度围裙动力学模型
        4.3.1 拉格朗日运动方程
        4.3.2 三囊围裙模型中的动能以及势能
        4.3.3 三囊围裙模型中的非保守力
    4.4 三囊艉裙的气动力学模型分析
    4.5 三囊四自由度艉裙结构的动态响应数值分析
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

【参考文献】

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3 刘巨斌,肖昌润,郑学龄;全垫升式气垫船水压场数值模拟[J];海军工程大学学报;2001年01期

4 郭其顺;世界军用气垫船发展现状[J];船舶;2001年01期

5 恽良,彭桂华;我国气垫船在实用化技术方面的进展[J];舰船科学技术;1992年03期

6 马涛;减阻、减摇的响应围裙研究[J];中国造船;1991年01期

7 周伟麟 ,马涛;气垫船响应围裙特性及设计参数分析方法[J];船舶;1990年05期

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