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,會產(chǎn)生明顯的橫搖運動,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。目前無論是國外還是國內(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。零航速的減搖在國外已經(jīng)有成品裝船使用,而且減搖效果也非常不錯;國

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。但是對于低航速階段的減搖研究在國內(nèi)外還屬于空白領(lǐng)域。為了實現(xiàn)由零航速經(jīng)低航速到中高航速的全航速減搖,本文對低航速減搖鰭做了初步的理論研究。
　　 本課題來源于國家自然科學(xué)基金項目“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,以及對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稱翼型作為研究對象。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。為了驗證其升力模型的正確性,本文采取了應(yīng)用國際上比較權(quán)

4、威的流體力學(xué)計算軟件FLUENT,模擬鰭面在真實流體中的運動,得到了幾組升力值,將理論模型與計算軟件得出的升力值進(jìn)行了對比,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升力仿真值做了對比,得出變形后的減搖鰭升力得到明顯的提高。
　　 隨后本文對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,并將在線控制效果好的SPIDNN控制器應(yīng)用到減搖系統(tǒng)控制器的役計中,完成了此系統(tǒng)的控制

5、器設(shè)計。
　　 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)上對低航速減搖鰭以及變形鰭技術(shù)做了初步的理論