【摘要】：隨著我國對(duì)海洋領(lǐng)土主權(quán)意識(shí)愈發(fā)重視,“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略中對(duì)二十一世紀(jì)海上絲綢之路的重點(diǎn)建設(shè)與發(fā)展,我國海洋業(yè)及船舶業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇�？梢哉f,船舶研究設(shè)計(jì)與船舶操縱控制設(shè)計(jì)這兩個(gè)領(lǐng)域正在深刻的影響著我國海洋業(yè)的發(fā)展。因此,我們應(yīng)當(dāng)在新型船舶的設(shè)計(jì)與先進(jìn)船舶控制技術(shù)的使用這兩點(diǎn)上投入更多精力和研究。高速穿浪雙體船為近幾年提出的新型船舶。由于其寬闊的甲板面積、行進(jìn)間低橫搖響應(yīng)以及航速快、隱身性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),使得其在我國海軍中占有一席之地。本文通過對(duì)雙體船的升沉與縱搖響應(yīng)分析,開展了雙體船與減搖附體的幾何模型建模工作,并針對(duì)減搖附體的流體力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。為降低其縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng),使其性能更加出色,研究了適配減搖附體的雙體船,對(duì)雙體船同時(shí)安裝控制式T型翼與壓浪板這一方案進(jìn)行了詳細(xì)的討論,以期結(jié)合控制降低雙體船的升沉響應(yīng)與縱搖響應(yīng)。在設(shè)計(jì)控制器時(shí),以雙體船的升沉和縱搖響應(yīng)作為控制對(duì)象,利用自抗擾控制器對(duì)其進(jìn)行控制,對(duì)自抗擾控制器的四個(gè)模塊共十二個(gè)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的整定討論。利用自抗擾控制器的自身觀測特點(diǎn)對(duì)雙輸入雙輸出系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制,再分別用控制器對(duì)T型翼與壓浪板進(jìn)行控制。通過對(duì)控制系統(tǒng)的大量實(shí)驗(yàn)及仿真后,得出同時(shí)適配T型翼及壓浪板能夠改善雙體船的減搖性能這一結(jié)論。最后,將自抗擾控制器與PID控制器進(jìn)行對(duì)比分析,通過實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的自抗擾控制器具有優(yōu)良的降低超調(diào),抵抗干擾的能力。論文針對(duì)高速穿浪雙體船減搖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與減縱搖控制問題開展了流體力學(xué)和自抗擾控制方法研究。針對(duì)雙體船模型構(gòu)建,基于ANSYS設(shè)計(jì)并分析T型翼和壓浪板建模,完成雙體船及減搖附體仿真驗(yàn)證;完成自抗擾控制器參數(shù)整定和縱向運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì),仿真對(duì)比分析PID控制器和自抗擾控制器的控制效果。實(shí)驗(yàn)證明雙體船加裝經(jīng)自抗擾控制器控制的T型翼與壓浪板后升沉響應(yīng)降低30%,縱搖響應(yīng)降低60%,并較PID控制器性能有極大的改善,符合預(yù)期減搖效果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U674.951
【圖文】：

圖 1.1 美國“海切片號(hào)”小水線面雙體船發(fā)展與雙體船越來越得到重視，國際上有很多船舶研究機(jī)構(gòu)研究進(jìn)展做了充分的研究和試驗(yàn)。其中，北約軍事組織在經(jīng)雙體船船型能夠在以下三個(gè)領(lǐng)域投入使用：小排水量（300中型排水量（6000t~12000t）的航母護(hù)衛(wèi)艦；以及較t）的小型航空母艦。同時(shí)，仍適用于輕型艦船（1500t~300始，中國一共建造了超過 80 艘 022 型導(dǎo)彈快艇，022 型快役后取替性能較低的 021 型和 024 型快艇。022 型快艇為世船概念應(yīng)用到軍事領(lǐng)域的快艇。由于并不具有相關(guān)軍事服役引起了各界的疑問。但是在其通過海軍軍事任務(wù)的考驗(yàn)后，至 2009 年 8 月，我國海軍已經(jīng)裝備了超 80 艘該型導(dǎo)彈快艇全滿足海軍的日常任務(wù)要求。

圖 1.1 美國“海切片號(hào)”小水線面雙體船的發(fā)展與雙體船越來越得到重視，國際上有很多船舶研究機(jī)化研究進(jìn)展做了充分的研究和試驗(yàn)。其中，北約軍事組織在出雙體船船型能夠在以下三個(gè)領(lǐng)域投入使用：小排水量（3；中型排水量（6000t~12000t）的航母護(hù)衛(wèi)艦；以及00t）的小型航空母艦。同時(shí)，仍適用于輕型艦船（1500t~3開始，中國一共建造了超過 80 艘 022 型導(dǎo)彈快艇，022 型服役后取替性能較低的 021 型和 024 型快艇。022 型快艇為體船概念應(yīng)用到軍事領(lǐng)域的快艇。由于并不具有相關(guān)軍事服時(shí)引起了各界的疑問。但是在其通過海軍軍事任務(wù)的考驗(yàn)后止至 2009 年 8 月，我國海軍已經(jīng)裝備了超 80 艘該型導(dǎo)彈快完全滿足海軍的日常任務(wù)要求。

圖 1.3 T 型翼與壓浪板的安裝位置及外形特征翼最早是將其固定安裝于船底，因此 T 型翼很難進(jìn)行安裝和維修。亞的船舶公司聯(lián)合研制了一種能夠主動(dòng)回收的 T 型翼，這種 T 型翼功應(yīng)用到了實(shí)船上。并通過實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證該減搖附體能夠改善船舶在一定程度上大大改善了船員們的暈船情況。從 2000 年開始，Crurra 教授在高速單體船上加裝 T 型水翼和尾部副翼。并利用水動(dòng)力仿同的海況和航速下，裸船模型的相應(yīng)水動(dòng)力系數(shù)。同時(shí)，他們?cè)谶@和力與運(yùn)動(dòng)之間的傳遞函數(shù)。然后，他們還通過實(shí)驗(yàn)仿真計(jì)算了基加裝 T 型水翼后，船體的各項(xiàng)水動(dòng)力參數(shù)。通過系統(tǒng)模擬仿真結(jié)果 T 型水翼后運(yùn)動(dòng)時(shí)其垂向加速度可降低 65%，暈船率可減少 35%[26理論對(duì)某深 V 型快速渡輪進(jìn)行了水動(dòng)力求解，其分別采用縱搖角速號(hào)的控制策略實(shí)現(xiàn)了擺角在 0°，15°和 30°這 3 個(gè)值時(shí)的實(shí)時(shí)變化，和 40 節(jié)這 2 種控制策略下船的垂蕩和縱搖響應(yīng)。劉冰采用勢流理行水動(dòng)力計(jì)算。并構(gòu)建了 T 型翼和擾流板的升力模型，在擺角的控制

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