气垫船航行控制特性的非线性分析方法研究

摘要

全垫升气垫船就是船体全部由气垫支撑而和水面完全脱离,采用空气推进器推进的高性能船舶。全垫升气挚船具有独特的水陆两栖能力,在军事和民用方面都有着广泛的用途。全垫升气垫船具有独特的水陆两栖能力,在军事和民用方面都有着广泛的用途。为适应新时期军事战略方针的要求,提高军备在海上执行各项任务的能力,对气垫船的研究发展十分必要。气垫船不但是高速船而且是两栖船。这两种特性可以对上陆抢滩任务的速度有较大的改善。作为战场上的急先锋,气垫船登陆艇更对海军的纵向突进有较大帮助。其次,气垫船特别适于水雷战。由于结构的特殊性,全垫升气垫船在操纵方面与常规船舶有很大差别。在回转时,气垫船的一舷漏气,不仅造成其横倾,而且由于船悬浮在水面上,船体与水面之间的阻力很小,因而船会发生严重偏航,船头很容易改变方向。航行中一旦操纵不当,气垫船就会高速回转并侧滑,处于危险的航行状态,甚至翻船。因此,在理论上对全垫升气垫船运动非线性特性进行分析具有十分重要的意义。
　　 本文为了研究气垫船的稳定性,首先建立了气垫船的数学模型,并对气垫船模型进行仿真,应用龙格库塔法解算运动方程组,采用冻结解冻算法思想实现运动坐标系和固定坐标系之间的转换,仿真结果验证了模型的准确性。
　　 其次,以李亚普诺夫稳定性理论为基础建立了回零扰动系统分析理论。建立直航扰动非线性数学模型,根据其扰动项特点,确定为回零扰动系统。对不同航速下的直航稳定性进行了分析,用仿真结果验证了分析所得结论的准确性。
　　 最后,对舵力模型进行了适当的变形,建立了操舵回转的非线性数学模型,根据模型特点,确定为不回零扰动系统。应用不回零扰动理论对气垫船在不同航速下操不同舵角的稳定性进行了理论分析,在保守的条件下得出了气垫船甩尾最小舵角值的范围。
　　 论文所研究的气垫船非线性特性分析方法与结论,为保证气垫船安全航行及控制器设计提供了强有力的理论依据。