玻璃纤维复合材料在某型气垫船垫升风机叶片上的应用研究

气垫船通过垫升风机产生气流,经由围裙通道,向船底气室供气,依靠气垫产生的垫升压力以支撑船体悬浮于水面或地面航行,以此减小船体和接触面之间的阻力、大航速可调范围,使其具有极高的机动性。根据某型号气垫船用垫升风机的设计要求,针对玻璃纤维复合材料叶片开展铺层设计、强度计算、模态计算及强度试验等方面进行了研究。研究表明:采用玻璃复合材料的叶片可以达到轻量化的要求,应力计算和模态计算结果均满足使用要求,使用过程中不会破坏也不会发生共振。通过强度试验验证在极限转速情况下最大应变值为2 747με,远小于材料的应变极限,叶片未发生破坏。

全垫升气垫船安全航行控制技术研究综述

全垫升气垫船是一种具有两栖性的高性能船舶,因其独特的两栖性和高速性被广泛应用于民用和军事领域。由于其特殊的气垫围裙结构,船体可以脱离于航行表面,航行阻力极小,因此会导致其操纵性和安全性比普通水面船差。尤其在垫态高速航行时,气垫船缺少足够的向心力和横向力,会涉及失速、低头埋艏、侧漂翻船、高速甩尾等问题。因此针对全垫升气垫船安全航行控制问题,开展其安全航行控制理论与方法研究有着重要的军事意义和民用价值。本文介绍了全垫升气垫船的主要性能和国内外发展概况和全垫升气垫船运动数学模型建立及研究发展;最后归纳总结国内外关于全垫升气垫船安全航行控制技术的研究,分类介绍控制策略发展现状,并讨论全垫升气垫船安全航行技术未来发展方向和趋势。指出未来气垫船安全航行控制将以实现气垫船多功能、智能化、无人化等为目标,在保证气垫船航行安全的前提下实现气垫船自动控制和管理。

基于防失速装置的垫升风机气动性能改善

针对某气垫船采用的轴流式垫升风机存在马鞍形不稳定区,而风机工作点距离该不稳定区过近,无法满足气垫船在波浪中航行时的垫升流量和压力需求问题,开展防失速装置设计并研究其改善该型风机气动性能的有效性。基于数值仿真和模型试验方法预报该型风机的气动性能,掌握其马鞍形不稳定区产生的内在原因;分析马鞍形不稳定区对气垫船在波浪中的航行性能和垫升风机运行的影响,明确该型风机气动性能的改进方向;根据该型风机内部流体的流动特性开展防失速装置设计,验证其在改善该型风机气动性能方面的有效性,并揭示其抑制马鞍形不稳定区的物理机理。研究表明:叶片上的气流分离是导致该型风机产生马鞍形不稳定区的主要原因;防失速装置能有效抑制动叶和可调前导叶上的气流分离,改善该型风机的内部气流品质,抑制和弱化其马鞍形不稳定区,扩大其稳定工作范围,使其能更好地匹配气垫船在波浪中航行时的垫升流量和压力波动。

全垫升气垫船航向稳定性研究

通过对扰动运动方程的分析得到了船舶航向稳定性衡准数的计算公式,并计算了某型全垫升气垫船的航向稳定性衡准数;建立了基于船模试验数据的某型气垫船的运动仿真模型,通过舵角干扰和螺旋操纵仿真试验研究了其航向稳定性。研究结果表明,全垫升气垫船在低航速时不具有航向稳定性,在高航速时具有直线运动稳定性,并且航向稳定性随着航速的增高而增强。

全垫升气垫船4自由度操纵性

建立了全垫升气垫船的4自由度操纵运动数学模型,用风洞试验来测量空气动力、螺旋桨力和舵力,用水平面平面运动机构进行约束模型试验来测量水动力,试验中变化了速度、漂角、摇首角速度和横倾角.对操纵性进行模拟计算的结果表明:全垫升气垫船的回转轨迹是一条逐渐向内收缩的螺旋线;操固定舵角回转是比较危险的,在舵角较大时就容易产生甩尾;风对回转的影响很大,在顺风速度很大时气垫船不能转向.

全垫升气垫船的航向稳定性

建立了全垫升气垫船的4自由度操纵运动数学模型.采用水平面平面运动机构进行约束模型试验来测量气垫船的水动力,试验中改变了速度、漂角、摇首角速度和横倾角;用风洞试验来测量气垫船的空气动力,试验中改变了漂角和螺旋桨的推力.对直航和斜航的航向稳定性进行了计算.计算结果表明,全垫升气垫船的航速越高,航向稳定性越好,在越峰前不具有航向稳定性;逆风对于航向稳定性是有利的,顺风则不利.

全垫升气垫船PID-非奇异终端滑模的航迹保持

全垫升气垫船的操纵性较差,为使其在高速状态下能够准确的按设定航迹航行,设计了PID-非奇异终端滑模的航迹间接控制算法。外环的航迹引导采用PID控制,内环的航向跟踪采用非奇异终端滑模控制。利用滑模对非线性不确定性系统的强鲁棒性,弥补气垫船系数摄动问题,减小气垫船对外界干扰的敏感度。采用RBF神经网络辨识外界扰动来消除控制器抖振的影响,保持了滑模控制的强鲁棒性。仿真结果表明,在外界风干扰下,本文设计具有控制精度高、超调量小、稳定性好等特点,提高了气垫船的航迹保持能力。

全垫升气垫船控制研究综述

介绍了气垫船的性能、特点及国内外的发展概况;对比分析了2种类型气垫船(全垫升式气垫船、侧壁式气垫船)的主要性能及其主要应用范围;介绍了全垫升气垫船、侧壁式气垫船综合控制研究现状;简要介绍了全垫升气垫船水平运动控制、升沉运动控制方法;展望了全垫升气垫船的应用前景及所带来的社会效益;分析了市场对气垫船的需求及其推广的可行性。

全垫升气垫船操纵运动研究

本文用大振幅平面运动机构（LAHPMM）对全垫升气垫船模型进行了约束试验，测得了作用在船上的水动力，在此基础上用计算机解气垫船操纵运动微分方程，预报气垫船的回转性能，并与实船试验的结果进行了比较，两者吻合较好，

气垫船垫升推进系统控制仿真

以某型气垫船的动力系统为对象,建立了垫升推进系统的数学模型及船体的运动学模型,并以S IMUL INK为平台对该系统进行了仿真建模[1],在此基础上,通过对系统动态特性的分析,对该系统进行了简单P ID控制器和串级P ID控制器的设计,并分别对两类控制系统进行了动态仿真和比较分析。仿真结果表明,串级P ID控制系统较简单P ID控制系统具有更为优越的动态性能,能较好地保证气垫船的垫态稳定性,以满足工程要求。

垫升车辆气垫流场分布仿真计算

采用大型工程CAE软件ANSYS对垫升车辆的气垫流场分布进行了仿真计算。通过对围裙气垫部分的横、纵两个中心剖面流场进行分析,将三维流场简化为二维流场,验算了垫升力,为设计理论飞高和选取合适的风机提供了依据。

全垫升式气垫船水压场试验研究

在拖曳水池中对全垫升式气垫船的水压场进行了系统测量 ,得到不同水深、不同航速和不同横向位置水底扰动压力系数的纵向通过特性曲线 。

大型全垫升气垫船设计初探

通过对全垫升气垫船气垫参数、动力系统、围裙系统、横稳性和操纵性等方面进行分析,对大型全垫升气垫船的设计进行初步的探索。

基于SIMULINK的气垫船垫升推进控制系统仿真

气垫船垫升推进系统是一个复杂的非线性系统。在气垫船的航行过程中 ,应严格控制动力涡轮转速 ,这对它的垫升稳定性非常重要。本文应用 SIMU L INK仿真平台对该系统进行建模 ,并对其采用了复合控制。针对螺旋桨螺距角的变化 。

艏喷管在全垫升气垫船上的设计与应用

全垫升气垫船垫态航行时,船体下部围裙形成的高压气垫将船几乎托离于运行表面,依靠空气螺旋桨向前推进。此时,阻尼小且低速时舵效差,抗侧风能力差且低速操纵性不佳。这是全垫升气垫船的不足之处,尤其在狭窄多湾河道和多风环境下使用时,该缺点尤为明显。为此,文中从气动力设计、装置实现及操控性等方面,系统研究了独立风机供气的艏喷管在气垫船上的设计与应用,后期的样艇航行试验也证实了装备的艏喷管已达到设计目标。

美国气垫登陆艇推进垫升系统的改进与发展

介绍美国气垫登陆艇推进垫升系统在三十余年使用过程中遇到的问题及解决措施。随着艇装载量、耐波性、全寿命周期维护等总体性能和作战使用要求的提高以及主机功率不断增大,结合现代技术分析手段,推进垫升系统正不断改进优化。在广泛采用新技术及复合材料后,艇载重大量幅增加且耐波性有所提高。

全垫升气垫船航行安全特性分析及思考

针对全垫升气垫船在航行中易产生侧漂、甩尾、低头埋首、甚至大幅横倾等危险进行航行特性分析,提出了建立航行稳定的边界与安全驾控的措施,并针对气垫船大型化发展,提出从围裙技术、驾控技术等方面开展深入研究,采取必要措施,提高气垫船的使用安全性。具有一定指导价值。

全垫升气垫船垫升压力控制

在全垫升气垫船的航行过程中,垫升压力的稳定性对全垫升气垫船的操纵性和安全航行具有重要意义。本文运用基于改进粒子群优化算法的自适应PID控制方法,对全垫升气垫船垫升压力进行控制。首先建立全垫升气垫船垫升系统数学模型;其次,运用灰色模型预测方法,预测气垫船垫升系统的垫升压力;然后,基于粒子群优化算法,设计了一种新自适应PID控制器;最后,进行仿真实验,从而验证所设计的垫升压力控制系统的实用性和可靠性。

基于模糊自适应ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船航向控制,设计了基于模糊自适应自抗扰控制(ADRC)的全垫升气垫船航向控制器.一方面利用扩张状态观测器估计内、外扰动,并且根据总扰动估计量对系统进行补偿;另一方面利用模糊推理实时优化ADRC控制参数.仿真结果表明,在恶劣环境下基于模糊自适应ADRC的全垫升气垫船航向控制器具有自适应性强,响应速度快,稳定性好等特点.

典型工况下的全垫升气垫船总强度评估方法

全垫升气垫船是一种特种的高性能船舶,具有优越的适应性与快速性,由于其特殊的运行方式和使用需求,使得它们的结构形式多样、内部结构层次繁多,目前还没有一套完全成熟的规范和准则来评估气垫船结构强度,且单纯依靠规范计算进行气垫船结构设计亦很难满足其结构强度要求。本文根据全垫升气垫船结构特点,针对其垫升航行和排水航行2种典型运行状态,在对气垫船载荷分量的确定方法及加载方式分析的基础上,通过基于等效设计波法的直接计算法对气垫船总强度校核方法进行研究,为全垫升气垫船总强度评估提供了有效的技术支撑。