基于MPC的无人船运动控制及可视化仿真系统实现

运动控制可视化对研究在环境干扰和自动避碰需求下的无人船运动控制具有重要意义.建立了风浪干扰下的船舶运动数学模型,基于模型设定一系列约束,运用模型预测控制(model predictive control,MPC)算法对船舶运动轨迹进行控制.以Visual C++为开发环境,搭建了无人船运动可视化仿真平台,实现了基于Matlab与VC混合编程的多约束MPC控制器,在软件界面上能实时显示船舶运动轨迹和船舶运动相关参数的动态变化.实验结果表明,系统能够较好地模拟船舶真实航行轨迹,并能根据不同船舶特性更改船舶运动参数,为无人船运动控制研究提供测试仿真平台.

断阶滑行艇喷气减阻机理研究(英文)

本文通过艇底流态显示、艇体运动姿态及阻力测量 ,研究了滑行艇艇底喷气对流场、阻力等的影响规律。断阶稍前处喷气引起总阻力和浸湿面积的大幅减少 ,喷气所减少的阻力成分为摩擦阻力 。

B.H.型气泡滑行艇阻力模型试验研究

通过艇底开槽的B.H.型气泡滑行艇(简称为B.H.艇)气层减阻的模型试验,初步研究了不同因素(气流量、艇速、开槽方式等)对B.H.艇的气层减阻规律及运动姿态的影响,并对艇底流态进行了较全面的观测。结果表明:当空腔在艇底的投影面积相同时,不同开槽方式对喷气减阻效果的影响不大;航速与气流量均是影响B.H.艇气层减阻效果的重要因素,在饱和气流量下B.H.艇的相对减阻率可达50%以上,绝对减阻率可达15%以上。开槽使得不喷气时的阻力增加较大,但空腔对保持气层的稳定性是相当有利的。

高速船航态模拟与阻力预报CFD方法应用

中高速船在航行状态下,其航态与低速航行相比有较大的不同,对船舶的阻力有明显的影响。因此,此类船舶的阻力预报必须考虑船舶航行姿态的影响。现有公开发表的关于滑行艇垂向+纵向运动理论预报研究的资料不多见。基于Flu-ent平台对三维船体航态对阻力的影响进行研究,采用动网格技术模拟船舶的航态;同时,为了保证计算的连续性与稳定性,利用FLUENT二次开发平台,编写UDF程序,在离散的时间域内根据船体的受力对船舶运动进行干涉。计算结果表明该方法对船舶的水动力预报问题具有可行性。

地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究

本文指出了地效翼船的大型化发展趋势 ,分析了地效翼船发展的关键技术和军事应用上的问题 。

提高深V型滑行艇航速的综合研究

通过分析深V型滑行艇的实艇在预试航过程中出现的航速问题,在总结实艇试航的各项技术数据的基础上,有针对地分析和研究产生问题的原因。着重介绍所采用的主要减阻措施和取得的效果。通过采取修改螺旋桨提高推力;通过在艇首部安装创新的分裂式楔形板,抬升船体并大幅度降低艇的阻力;结合实艇试航调整尾板和排气导流板,使所采取的各项技术措施之间得到较佳匹配,最终提高艇的航速近4kn,解决艇的航速难题。

地效翼船自控参数的优化研究(英文)

介绍了基于地效翼船空间运动方程的自控参数优化方法。首先建立了带有自控参数的地效翼船空间运动方程;再以MATLAB为工作平台,利用其非线性多目标函数fmincon(),建立优化系统的数学模型;最后采用MATLAB/GUIDE编制了自控参数优化程序,对地效翼船自控参数进行了优化计算。结果表明:通过地效翼船自控参数的优化计算,可以达到规定的运动性能指标,不必单纯依靠气动设计来解决地效翼船的运动稳定性和操纵性问题。

高速救助打捞艇内装材料选型设计

对于高速艇而言空艇重量是一个很重要的参数,选用满足法规和规范要求且轻薄的内装材料,对于高速艇的设计和建造具有重要意义。本型艇为全铝合金艇,对空艇重量控制较严。基于本型艇对内装材料轻质化的需求,本文重点介绍:绝缘隔热材料、内装板材料、铝制防火门。

地效翼船复杂流场的计算与分析

应用数值计算方法对含有全部附体地效翼船粘性绕流进行计算分析。根据地效翼船的复杂几何特性,构造网格的特有的分块形式,采用标准k-ε湍流模型计算了XTW 4地效翼船巡航状态空气绕流流场,同时将计算得到的结果与实验值进行对比,吻合较好。

断级滑行艇艇底喷气及其减阻效果(英文)

StateLaboratoryofHydrodynamicsofChina本文通过2种重心位置、2种断阶方式、2种防溅条形式、5种喷气流量的选择组合 ,研究了在断级滑行艇上气层减阻的实施途径及效果。断阶稍前处喷气能减少25 %的总阻力 ,而所需气压仅为0.015MPa。

小水线面船的运动稳定性

SWATH运动稳定性的分析计算在运动方程基础上进行。本文给出小扰动运动方程组。潜体产生的 Munk力矩是导致 SWATH纵向和横向运动稳定与否的重要因素。本文讨论了不带鳍的本体纵向稳定条件 ,以及稳定鳍在增稳和改善运动品质上的作用和优选方法。横倾运动稳定性初步分析时忽略相对高阶小量 Cn,特征方程自然去耦而分解成两个二次方程式 ,便于计算分析。通过目标船的实例分析 ,证明了鳍的作用不单是增稳且能改善运动品质。 Cnβ 是一关键导数 ,直接影响航向稳定性 ,甚至导致横甩。如应用导管螺旋桨将有利于改善稳定性。试验一再表明 :试验结果与计算结果的符合程度让人满意。

地效翼船空间运动的数学模型(英文)

从地效翼船非线性空间运动方程组出发,借助小扰动线性化理论,并假设初始运动条件为不对称运动(’0≠0,#0≠0),使原来的非线性项变成线性项,但仍然包含纵、横向的干扰,这样得到包含纵、横向干扰的线性空间运动方程组。再根据地效翼船的自身特点,给出地效翼船自控系统的控制方程,并对各种干扰(波浪、操纵、其它脉冲干扰输入)信号进行数学描述。最后得到地效翼船的数学模型,可以开展地效翼船的数学仿真研究和地效翼船自控参数的优化研究。

气层对滑行艇推进性能影响的试验研究(英文)

在中国船舶科学研究中心拖曳水池中 ,通过滑行艇模型自航试验 ,研究了艇底气层对滑行艇推进性能的影响 ,结果表明 :气层对采用水螺旋桨推进的滑行艇推进性能的影响不大。由于气层影响 ,当滑行艇处于过渡状态时 ,推进效率略有增大 ;当滑行艇处于滑行状态时 ,推进效率略有减少。在饱和气流量时 ,阻力及主机功率最大减幅可达20%。

滑行艇不同漂角滑行状态下的水动力性能

对于滑行艇的水动力性能研究通常都以船模试验来解决,但是滑行艇由于模型小,航速高,试验条件较为苛刻,这部分研究并不够充分。通过CFD方法能科学的模拟计算其航行情况,克服了试验的局限性,而且,在研究中将空气和水结合起来考虑,更符合实际情况,对进一步深入研究滑行艇水动力性能有重要意义。随着数值模拟技术的发展,用数值方法模拟滑行艇的运动状况来研究其运动性能,将成为具有重要意义的解决方案。本文以斜航试验为基础,建立7个不同漂角下的计算模型,并运用流体力学软件Fluent展开滑行艇在滑行状态下的数值模拟,对数值结果进行计算处理,并通过计算得到水动力系数测定曲线,为滑行艇水动力系数的数值测定提供一种摆脱实验条件限制的参考方法,对滑行艇水动力性能研究有一定的实际意义和参考价值。

地效翼船总体性能设计技术

地效翼船是介于船与飞机之间的一种新船型 ,是近年来国际船舶发展的热点。本文系统阐述了地效翼船总体性能设计中应考虑的基本问题 ,提出了一套基本设计要素和相应的确定原则。

超临界双体滑行艇

船舶在波浪中进入“超临界”航行状态 ,可以大幅度减小其运动响应。常规滑行艇的耐波性能很差。本文从机理上提出了使滑行艇进入“超临界”航行状态的途径 ,并从艇形选择和各种附加措施着手 ,提出适合工程应用的方案——超临界双体滑行艇。经理论计算与试验研究证实 ,其耐波性能有大幅度的改善 ,且阻力性能无明显恶化。

高性能槽道滑行艇的运动特性

本文论述了高性能新船型──槽道滑行艇的基本原理、运动特点及其变化规律。根据模型试验的结果，着重讨论了艇体线型、槽道尺寸和形状、静负荷系数和重心位置等对阻力特性和耐波性能的影响。

高速滑行艇静水中纵向运动响应数值预报研究

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报。给出了航速v=2m/s^15m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间关系,并与试验数据对比,二者吻合良好。重点分析了高航速时艇体出现砰击现象对运动性能预报的影响,为滑行艇运动响应的实时数值预报分析提供了一种有效的方法。

基于CFD的新型高速艇艇型静水性能研究

深V型艇作为一种优异的改良船型,明显改善了舰船的耐波性及航向稳定性,但由于横向剖面尖瘦,舱室容积相对较小,不利于武器设备的布置,而三体滑行艇作为新型艇型,拥有诸多优势,国内仍处于研究阶段,为了了解这种艇型相对于传统深V艇的优势大小,利用CFD软件从静水性能方向进行分析研究,从阻力、浮态、兴波及艇底压力分布角度来分析其优劣势,结果表明三体艇仅在Fr?<4.5其阻力及浮态劣于深V艇,其他均处于优势,且随着航速提高优势将继续扩大。

冲翼艇的静稳定性

静稳定性对飞行器的方案设计具有十分重要的意义,可是,在地效区中飞行的冲翼艇的纵向静稳定性究竟应当如何表示,至今尚无定论。本文首先指出m_z/θ<0和C_y/h<0都不能表示其纵向静稳定性,接着又从物理概念出发引出了特征量J_1和J_2((16)和(17)式),并论证了用它们表示纵向静稳定度的正确性。此外,J_1和J_2对动稳定性和操纵性也都具有重大影响。