船舶在纵向波浪中运动控制方法研究

摘要

由于受到风、浪、流等外部因素的干扰,船舶在海面航行时会产生各种摇荡。过于激烈的摇荡会对船舶的续航能力和工作能力产生影响,严重时还会使船舶倾覆。船舶在波浪中的运动控制直接关系到船舶的性能,一直以来都被密切关注和重点研究。由于高效、可靠的优点,船舶主动减摇成为近年来船舶减摇的新方向。减摇鳍是主动减摇装置中应用较多的,能够有效地减小船舶摇荡,在波浪中实现船舶的运动控制。随着减摇鳍的应用越来越广泛,各种减摇控制策略也相继出现。本文给出两种减摇鳍控制策略,并利用船舶耐波性分析方法研究其减摇效果。
　　本文首先对船舶减摇技术和控制策略的发展进行了回顾,并对船舶势流理论和切片理论做了简要介绍。同时建立了波浪中的船舶运动模型,并推导了六个自由度耦合的运动方程。本文选用一艘深V型快速渡轮为算例船,基于切片理论,利用弗兰克源汇法求得算例船的水动力系数,所得结果与有关文献结果有良好的吻合。在利用深 V型快速渡轮船舶水动力系数和波浪力的基础上,给船舶加装了一对纵向减摇鳍,并施加控制策略。给出了两种不同的减摇鳍控制策略,对于应用控制策略和不应用控制策略的船舶在纵向规则波浪中的运动响应进行了数值计算。提供了详细的控制计算结果,分析不同策略下的船舶运动响应,对比了两种控制策略的减摇效果。
　　船舶主动减摇是目前亟待发展的船舶减摇技术。本文基于船舶在波浪中运动理论,运用MATLAB编程求解带主动减摇鳍的船舶在纵向波浪中的升沉和纵摇运动响应,并据此研究文中给出的主动鳍控制方法减摇效果。通过分析某深V型快速渡轮算例,可以得出明显减摇效果。

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1.绪 论

1.1.研究课题的背景和意义

1.2.船舶减摇技术发展

1.3.减摇鳍控制策略发展

1.4.本文主要工作

2.理论基础

2.1.势流理论

2.2. 切片理论

2.3.本章小结

3.减摇鳍系统

3.1.减摇鳍布局

3.2.减摇鳍减摇原理

3.3.鳍参数的选取

3.4.本章小结

4.船舶运动方程的建立

4.1.船舶在波浪中的运动

4.2.船舶在波浪中的运动方程

4.3.减摇鳍控制策略

4.4.本章小结

5.数值计算结果

5.1.水动力系数计算

5.2.算例及比较

5.3.减摇效果分析

5.4.结论

5.5.本章小结

6.结束语

6.1.全文总结

6.2.工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文