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小水线面双体船姿态控制研究

李妍妍  
【摘要】:小水线面双体船是一种耐波性能优良的高性能船舶。它具有中高速下阻力小、甲板面积宽敞、可以完成多种使命以及能够满足各种航海要求等多方面优点,因而受到了世界各国的广泛关注。我国从上世纪80年代开始加大对小水线面双体船的研究和设计,但是工作的重点主要放在小水线面双体船总体结构、水动力及其运动性能等方面,对姿态稳定控制技术的研究有待于加强。小水线面双体船的纵向运动和高速情况下的垂荡运动直接影响其在海上的运动姿态,进而影响船的运动稳定性。因此,加强对小水线面双体船纵向姿态稳定装置及其控制方法的研究,具有重要而深远的意义。一方面,可以弥补我国对小水线面双体船姿态稳定装置研究的空白;另一方面,以双体船技术为基础的多体船目前也受到了国内外的关注,许多资料显示多体船在高速下同样面临突出的垂荡和纵摇运动影响,因此,掌握小水线面双体船综合姿态稳定控制技术,可以给未来研究多体船姿态稳定平衡技术提供有力的技术保障。 本文首先建立了小水线面双体船纵摇和垂荡运动的数学模型,然后在此基础上对运动方程中的各个水动力系数用切片法进行了理论计算,并以不同频率的规则波作为小水线面双体船的扰动信号,研究其在不同频率规则波作用下的纵摇、垂荡运动特性,掌握小水线面双体船纵摇和垂荡运动方程的频率特性。此外,研究了稳定鳍安装位置、面积等因素对小水线面双体船运动特性和姿态稳定特性的影响,初步建立小水线面双体船稳定鳍安装设计的理论基础。在完成前几项工作的基础上,设计了小水线面双体船稳定鳍的最优控制器,并对其作用效果进行仿真研究。通过分析,在该控制器的作用下,稳定鳍可为小水线面双体船的纵向运动提供比较良好的耐波性。


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