船用起重机多柔索减摇系统的动力学分析与工程应用

针对船用起重机在高海况下普遍存在的工作效率低、风险大、吊装定位精度低等问题,设计出一种船用起重机多柔索减摇系统。将多柔索减摇系统简化成船舶运动和风载荷激励的约束摆模型,利用MATLAB/Simulink对多柔索减摇系统的动力学特性进行仿真分析,并在船用起重机多柔索减摇系统的实验样机上进行了验证。实验结果表明,多柔索减摇系统的平均减摆比可达78%,证明了多柔索减摇系统的有效性。

船用起重机四旋翼减摇吊钩动力学特性

【目的】设计一种船用起重机减摇装置并探究其防摆机理,以期解决当前船用起重机吊装过程的摇摆问题。【方法】设计一种船用起重机四旋翼减摇吊钩装置,建立船舶-起重机-四旋翼减摇吊钩的动力学模型,并考虑风载荷的影响。设计自适应模糊比例-积分-微分(PID)控制策略应用于四旋翼减摇吊钩控制器,根据摆角偏差量控制相应电机转动产生抑制吊重摆动的推力,实现摆角在线实时控制。通过动力学仿真分析和实验验证,探究其减摇特性和运动规律。【结果】在船舶激励下吊重面内和面外摆角分别减少约66.8%和69.7%,吊重摆动投影在x和y轴最大偏移量平均降低62.5%。自适应模糊PID控制策略下的四旋翼减摇吊钩较PID控制响应速度提高25.0%,稳态性能提升13.0%。通过实验与仿真对比分析,吊重摆角曲线趋势基本吻合,在16 s时吊重趋近于稳定,验证了四旋翼减摇吊钩动力学模型的准确性。【结论】四旋翼减摇吊钩能有效抑制吊重摆动,可为船用起重机轻载吊装防摆研究提供新的可行性减摇方案。

海洋环境监测平台数据采集吊舱减摇装置动力学分析与试验

随着海洋牧场建设向纵深发展,环境监测平台已广泛应用于海洋牧场海水养殖环境监测中。针对生产使用的海洋环境监测平台数据采集吊舱布放回收过程中因受风、浪、流影响下出现的电缆断裂损坏问题,设计了一种海上平台吊舱减摇装置。基于牛顿第二定律建立了海上平台横摇、纵摇激励下的吊舱减摇装置动力学模型,并使用Matlab/Simulink软件进行了数值仿真分析,比较了有无减摇装置情况下吊舱摆幅的变化情况。结果显示:在有减摇装置的情况下,吊舱的面内角摆动幅度可减小约66.9%,面外角摆动幅度可减小约69%,平均减摇比为67.95%,在已有的理论基础上搭建了样机并进行了试验验证。结果显示,吊舱减摇装置对吊舱的摆幅具有明显的抑制作用,面内角摆动幅度可减小约73.5%。研究表明,吊舱减摇装置对提高海洋牧场监测平台数据采集系统的可靠性与安全性具有重要的实践指导意义。

基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制

针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器(FESO)的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控制(DASMC)作为串级外环航向控制,以外环控制作为预期控制律,设计模型预测控制(MPC)作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况,设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重,理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析,在航向改变的情况下,所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时,相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少,证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。

基于CFD的汽车运输滚装船参数横摇与减摇研究

为探究船舶参数横摇发生条件,以一艘汽车运输滚装船为研究对象,采用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+建立虚拟水池并进行数值模拟。通过模拟静水中船舶横摇自由衰减,计算出船舶的横摇固有周期;采用控制变量法分别探究波高、波长、航速和遭遇频率等对船舶参数横摇的影响;为该船设计并搭载减摇水舱,分析减摇水舱对参数横摇的抑制效果。结果表明:在迎浪规则波中,当波浪达到一定高度,且波浪遭遇频率为船舶横摇固有频率的2倍时,该船的参数横摇最为剧烈;当减摇水舱固有周期等于该船的横摇固有周期时,减摇水舱对参数横摇现象有较好的抑制效果。

新型铺管船减摇水舱方案研究

铺管船是海洋油气开发的重要施工装备,铺管作业时,船舶通常定点或低速航行于海面上,作业过程中需要抵抗风、浪、流等海洋环境。剧烈的摇荡运动会严重影响船舶的航行安全、人员居住及铺管作业。因此在满足船舶稳性安全的前提下,减小船舶在铺管作业过程的摇荡运动是船舶设计中的重点考虑内容。通过对新型铺管船的减摇水舱方案进行研究,选择合适的减摇水舱设计方案,使船舶在铺管作业设计环境条件下,船舶摇荡运动满足作业要求。

减摇陀螺飞轮动力学特性分析

以某型减摇陀螺装置飞轮为研究对象,采用ANSYS Workbench建立有限元模型,对飞轮进行模态分析,计算飞轮自身的临界转速并绘制坎贝尔图;结合飞轮本身的不平衡量,通过谐响应分析方法得到飞轮的稳态不平衡响应曲线。结果显示:飞轮的1阶临界转速为8732.5 r/min,工作转速低于1阶临界转速的70%,不会产生共振;在不平衡量的作用下,飞轮在202 Hz、218 Hz下会产生明显的共振现象,该频率远高于飞轮的工作转速,因此在飞轮正常工作时不会受到飞轮不平衡量引起的共振。证明该型减摇陀螺装置飞轮设计的合理性,同时对后续同类型飞轮的设计提供仿真参考。

穿浪双体船纵向减摇策略麻雀搜索优化

为了改善穿浪双体船恶劣工况下的纵向稳定性,本文基于T型水翼及尾板设计了综合姿态控制系统。同时,对该系统相关控制参数的优化策略进行研究,以更好地实现减摇目标。采用了线性二次调节器和混合麻雀算法相结合的策略来设计控制器,将一种新型群智能算法(麻雀算法)及其改进算法应用于线性二次调节控制器权重矩阵寻优。通过两者对比,不仅验证了所设计姿态控制系统的有效性,也验证了该智能算法改进策略的高效性。结果表明:基于混合麻雀算法的控制器具有很好的自适应能力,且寻优过程收敛速度快,精度高,对工程实践具有一定的参考价值。

船舶减摇装置及其应用

文章介绍了不同的船舶减摇装置及其特点、应用情况。指出了船舶减摇装置已由单一减摇装置技术向综合减摇装置技术发展;随着科技的发展,船舶减摇装置将朝着超大型化、超小型化、精密化的方向发展,以满足不同功能船舶的减摇需求。

阻尼被动减摇水舱流体动力特性分析及效果评估

设计了一种被动减摇水舱,在矩形舱两端设置阻尼板来提高船体的稳定性,对减摇水舱进行模拟仿真,对其减摇能力进行评估。仿真结果能够清晰显现出水舱在船舶发生摇晃时的状态,分析表明,该系统能够有效减小船体的摇晃幅度,提高船舶在海上的安全性及稳定性,为未来的海洋工程应用提供参考依据。

船舶减摇技术研究进展

综述船舶常用减摇装置的研究现状,指出单一减摇装置在功能上的局限性和大型船舶采用综合减摇装置的必要性,通过对目前出现的综合减摇装置和技术的研究现状分析,得出综合减摇装置的减摇性能远远好于单一减摇装置的性能,船舶减摇技术将来的主要发展趋势是大力发展综合减摇技术。

大型浮体水动力响应特性数值模拟及减摇措施

为研究马尔代夫海域大型浮体水动力响应特性及减摇措施,基于三维势流理论和刚体运动方程建立了浮箱水动力响应数值模型,分析了不同纵横比浮箱的水动力响应特性,讨论了减摇板布置方式及形式对浮箱减摇效果的影响,并在此基础上给出了较优的减摇板布设方案。结果表明:纵横比为2∶1的矩形浮箱在各个浪向下的运动响应相对平稳;减摇板宽度对浮箱横摇的控制作用较明显;浮箱迎、背浪面同时安装减摇板时减摇效果受安装高度影响显著;对于迎浪侧的双层开孔减摇板,上层减摇板开度40%时对浮箱横摇控制较好,浮箱横摇有义值极限海况下可降低16.9%,建议优先选用上层带开度的单侧双层减摇板布设形式。安装减摇板对波浪作用下浮体结构强度影响较小,应着重关注减摇板与外壳的连接强度。

综合减摇系统参数配置研究

分析了减摇鳍和被动式减摇水舱对综合减摇效果的影响,为实船装备综合减摇装置提供理论依据。通过分析减摇鳍、被动式减摇水舱及船舶航速等参数的变化,得到不同参数对综合减摇效果的影响。结果表明,装备综合减摇装置后,减摇鳍和被动式减摇水舱参数直接影响系统的两个谐摇频率,通过对两种减摇装置参数的合理配置,实现资源优化利用,有效提高综合减摇系统的减摇效率。

船舶减摇技术现状及发展趋势

传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等,本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置,包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等,并对未来的新型减摇装置进行了预测。

U型减摇水舱的流体动力特性分析及控制系统设计

船舶的减摇控制一直是船舶领域的重要研究方向,减摇水舱利用水舱液体的重力产生抗摇动力,提高船舶的稳定性。常见的减摇水舱包括主动式减摇水舱和被动式减摇水舱2种,被动式减摇水舱没有控制系统,只能借助舱内水体的惯性进行减摇;主动式减摇水舱具备舱内水泵控制系统,可根据外界环境特征,控制舱内水体的运动,具有更好的减摇效果。主动式减摇和被动式减摇水舱的结构以U型结构为主,本文研究主动式U型水舱的流体动力学性能和控制系统,详细介绍了控制系统构成和仿真过程。

船舶减摇装置技术综述

船舶减摇装置的研究对于船舶航行的安全性具有重要的意义,文章综述了包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、舭龙骨等几种传统减摇装置的发展现状,并阐述了近年来的船舶减摇技术发展方向,指出了船舶减摇技术已由单一的减摇装置发展至综合减摇装置,并趋于实现小型化、精密化的发展方向。

船舶减摇方式介绍及发展趋势

针对船舶的减摇问题,综述了船舶减摇的几种方法,分析了船舶主要减摇装置舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、减摇舵的优缺点,指出了存在的技术难题,并展望了有价值的研究方向。

基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制

[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力模型的研究

随着减摇技术的发展,出现了一种可以使用减摇鳍在零航速下进行减摇的新方法,这种方法使减摇鳍既可以在零航速下进行减摇也可以在中高航速下满足减摇的需要。文章结合国外的相关文献,对零航速下减摇鳍的工作方式和产生的升力进行了相关的研究。并根据Weis-Fogh机构流体动力学知识对升力进行了分析,建立了零航速下减摇鳍的升力模型,根据模型进行了升力仿真研究。

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上 ,针对船舶的减横摇问题 ,兼顾船舶的静倾问题 ,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统。综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的。这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点 ,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷。以高速滚装船为例 ,建立了“船舶 -减摇鳍 -被动式 U型水舱”系统的运动方程并进行了计算机仿真。通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论 :这种综合减摇系统具有良好的减摇能力 ;在各种航态下 (包括零航速 )都能达到减摇要求 ;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能。船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径 ,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义。