高速三體船運(yùn)動(dòng)仿真與姿態(tài)控制研究.pdf

1、高速三體船作為高性能船舶的代表，由于優(yōu)異的性能成為研究的熱點(diǎn)。高速三體船的主體和側(cè)體均為細(xì)長體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的快速性和穩(wěn)定性。然而高速航行下的三體船劇烈的縱向運(yùn)動(dòng)成為制約三體船得到廣泛應(yīng)用的問題。因此，研究高速三體船的減縱搖具有重要意義。本文采用T型翼作為機(jī)械減搖裝置，采用合理的控制方法設(shè)計(jì)了控制器對(duì)多種工況下T型翼對(duì)三體船的減搖效果進(jìn)行了仿真分析。
　　本文首先利用ANSYS AQWA對(duì)三體船進(jìn)行水動(dòng)力特性分析，得到三體船的各項(xiàng)

2、水動(dòng)力系數(shù);根據(jù)隨機(jī)海浪理論建立了引起三體船縱向運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)海浪數(shù)學(xué)模型;考慮實(shí)船和船模的尺度效應(yīng)，利用FLUENT軟件對(duì)T型翼進(jìn)行了流體力學(xué)分析得到T型翼的升力模型，進(jìn)而建立帶T型翼的高速三體船的縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。由于要研究T型翼在不同攻角時(shí)能夠提供的升力大小，本文采用參數(shù)化管理的方法，只需要在FLUENT中進(jìn)行一次網(wǎng)格劃分和相關(guān)求解參數(shù)設(shè)定就可以得到各攻角下的升力和升力系數(shù)，極大提高了仿真效率。
　　然后，對(duì)三體船進(jìn)行開環(huán)運(yùn)動(dòng)分

3、析，研究了影響三體船縱向運(yùn)動(dòng)的因素。通過在規(guī)則波下分析不同遭遇頻率和不同航速下三體船的縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，得出遭遇頻率和航速是影響三體船縱向運(yùn)動(dòng)的重要因素。通過分析不規(guī)則波下帶T型翼的三體船的縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，更真實(shí)的展現(xiàn)了T型翼對(duì)三體船的減搖效果。
　　最后，設(shè)計(jì)了三體船的姿態(tài)控制器，對(duì)T型翼的減縱搖進(jìn)行了仿真。為了更好的實(shí)現(xiàn)減搖，采用了最優(yōu)二次型控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制兩種方法設(shè)計(jì)了T型翼的姿態(tài)控制器。LQR控制考慮了三體船縱搖和垂蕩耦合關(guān)