變形鰭在低航速下升力建模與控制策略研究.pdf

1、船在海上航行由于海浪、海風(fēng)、海流等干擾的影響,會(huì)產(chǎn)生明顯的橫搖運(yùn)動(dòng),出于航行的舒適性與安全性考慮必須進(jìn)行有效的減搖。安裝減搖鰭是目前船舶最有效的減搖方式。根據(jù)航速的不同,減搖鰭也相應(yīng)的分為零航速減搖鰭、低航速減搖鰭與中高航速的減搖鰭。目前無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi),中高航速的減搖鰭的研究已經(jīng)趨于成熟,減搖效果也基本能達(dá)到90％以上。漸漸國(guó)內(nèi)外開始著手于零航速以及低航速的減搖的研究。零航速的減搖在國(guó)外已經(jīng)有成品裝船使用,而且減搖效果也非常不錯(cuò);國(guó)

2、內(nèi)的哈工程大學(xué)船舶減搖與控制技術(shù)研究所也在零航速減搖鰭方面取得了一定研究成果。但是對(duì)于低航速階段的減搖研究在國(guó)內(nèi)外還屬于空白領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)由零航速經(jīng)低航速到中高航速的全航速減搖,本文對(duì)低航速減搖鰭做了初步的理論研究。
　　 本課題來源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“零速下船舶仿生減搖鰭升力機(jī)理的研究(50575048)”和“基于變形仿生鰭的水面機(jī)器人的減搖機(jī)理研究(50879012)”
　　 論文首先介紹了一下低航速航行狀態(tài)的特

3、點(diǎn),以及對(duì)基于仿生理論的變形鰭技術(shù)的介紹,并選取儒科夫斯基非對(duì)稱翼型作為研究對(duì)象。然后從低航速減搖鰭的工作原理以及具體的工作方式開始闡述,結(jié)合目前研究較成熟的零航速減搖鰭去逐步論證其可行性。接著開始了論文主要內(nèi)容的論述一低航速下變形鰭的升力模型的建立。將比較復(fù)雜的鰭面在水中拍動(dòng)的過程分為鰭面在理想流體與非理想流體兩種情況去研究,分別求取鰭面的升力公式,最后求其總和得到最終的升力公式。為了驗(yàn)證其升力模型的正確性,本文采取了應(yīng)用國(guó)際上比較權(quán)

4、威的流體力學(xué)計(jì)算軟件FLUENT,模擬鰭面在真實(shí)流體中的運(yùn)動(dòng),得到了幾組升力值,將理論模型與計(jì)算軟件得出的升力值進(jìn)行了對(duì)比,分析產(chǎn)生偏差的原因,得出理論模型的可靠性。隨后本文還將傳統(tǒng)減搖鰭與變形鰭在相同情況下的FLUENT升力仿真值做了對(duì)比,得出變形后的減搖鰭升力得到明顯的提高。
　　 隨后本文對(duì)低航速下船舶減搖系統(tǒng)的組成部分控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì),并將在線控制效果好的SPIDNN控制器應(yīng)用到減搖系統(tǒng)控制器的役計(jì)中,完成了此系統(tǒng)的控制

5、器設(shè)計(jì)。
　　 最后文章還將求出的升力模型與控制器和其他減搖系統(tǒng)組成部分構(gòu)成了完整的低航速船舶減搖系統(tǒng)。用MATLAB軟件中的Sireulink對(duì)不同海情下的船舶減搖進(jìn)行了仿真,得出了各種海情下的未減搖與減搖后的船舶橫搖角圖。從圖中能明顯的得出安裝了此低航速減搖鰭后的減搖效果。并且得出了用SPIDNN控制的系統(tǒng)減搖效率要明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制。
　　 本文在零航速減搖鰭的基礎(chǔ)上對(duì)低航速減搖鰭以及變形鰭技術(shù)做了初步的理論