减摇鳍-减摇水舱综合减摇实验装置的研究

采用了减摇鳍-减摇水舱综合减摇的数学模型,对综合减摇数学模型在实验装置上的实现方法进行了分析。通过用软件模拟船舶横摇阻尼力矩的方法可以实现台架模拟船舶的横摇运动,通过对船舶-水舱系统数学模型的分析,可用近似二项式替代的方法来简化船舶-水舱系统数学模型,并通过仿真选出了较理想的近似参数值,使综合减摇数学模型在实验装置上的实现成为可能。通过对综合减摇理论数学模型和综合减摇实验装置模型的仿真分析,可以看出两者有较好的相似性,说明用文中综合减摇实验装置来模拟综合减摇系统的实现方法是可行的。

被动式减摇水舱减摇效果的评定

通过模型在规则波系列及不规则波中的试验 ,并结合有关的分析计算 ,指出被动式水舱的减摇效率与船舶本身的无因次横摇衰减系数μ有关 ,其规律大体呈线性关系 .船舶本身的μ越小 ,加装水舱后能获得的减摇效率越高 .当船舶在高海况下航行时 ,用减摇效率来评价水舱的减摇效果已无实际意义 ,应该直接在不规则波中进行试验 .如果加装水舱后得到的有义横摇幅值能满足船舶耐波性衡准中限定的数值 ,则可以认为该水舱达到了预期的减摇效果 .

耦合船体横摇的减摇水舱流体运动和减摇效果预测

减摇水舱用于减小船体的横摇运动。由于水舱内部结构复杂,导致流体晃荡呈非线性。为了降低预测水舱特性和减摇效果的难度,采用计算流体力学VOF模型来分析水舱中流体的晃荡,在时域内,运用数值方法完成船体非线性横摇运动的实时仿真,其中耦合了水舱中流体和船体的运动。船体随机横摇时,进行水舱流体流量和力矩的功率谱分析,得到减摇频率范围及减摇前后的效果。结果表明,在其减摇频率范围内,减摇水舱具有良好的减摇能力,验证了此方法的可行性。

船舶可控被动式减摇水舱的试验研究

可控被动式减摇水舱是一种新型高性能的船舶减摇装置,它是对被动式减摇水舱的一种改进。通过对气体的受力进行分析,推导了气阀的控制方程,在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上,建立了“船舶—可控被动式减摇水舱”系统的数学模型,推导了最佳控制策略的理论依据,当横摇角度与边舱液位的相位差成90°时,可控被动式减摇水舱能够得到最大的减摇力矩,减摇效果最佳。通过摇摆台试验确定了水舱模型的固有周期,实现了气阀开启和关闭的最佳控制问题,为实船装备可控被动式减摇水舱提供了试验数据和参考依据。

船舶减摇水舱控制技术现状与展望

减摇水舱结构简单、造价低廉、便于维护保养,特别是其减摇效果不受航速制约,是应用最广泛的减摇装置之一.文章首先介绍减摇水舱的类型和工作原理,接着综述了船舶减摇水舱控制技术的研究现状,重点描述了各种减摇水舱控制算法,最后展望了减摇水舱控制技术的发展趋势.

可控被动式减摇水舱的建模与仿真

通过对气体的受力分析,推导了气阀的控制方程。在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上,建立了“船舶-可控被动式减摇水舱”系统的数学模型。研究了气阀最佳控制策略的理论依据,并运用常规控制策略和最佳控制策略对规则波和不规则波作用下的“船舶-可控被动式减摇水舱”系统进行了仿真研究。仿真结果表明,采用最佳控制策略对气阀进行控制,能够取得理想的减摇效果。可控被动式减摇水舱只要控制气阀的时机得当,在非谐摇区尤其是低频段区域能有效地减小船舶的横摇运动,比被动式减摇水舱有更宽的减摇范围。

基于CFD的减摇水舱流体仿真

研究海洋救助船水舱稳定性优化问题,减摇水舱是最有效的减摇装置之一,可在全航速下实现船舶横摇减摇,通常是在台架和实船实验中验证水舱性能的直接有效性,但是耗时长,造价高,针对以上实验的局限性,提出采用CFD流体软件分析水舱的特性。减摇水舱内气体和液体运动是一种典型的VOF气液两相模型,通过对海洋救助船水舱模型建模,分析了水舱内阻尼板布置不同对水舱产生的最大对抗力矩调节,对抗力矩与横摇运动之间相位差以及水舱固有周期的动特性进行仿真。仿真结果表明,减摇水舱流体优化准确性能够满足平衡性要求,为水舱的设计提高有效的依据。

船舶减摇水舱试验台架横摇运动模拟

本文介绍了由微机控制的船舶减摇水舱试验台架,利用这套试验装置可以实时模拟在规则波和不规则波情况下装备有水舱的船舶的摇摆,这里着重介绍了对船舶影响最大的横摇的模拟,从而为研究减摇水舱对船舶的作用、评估其减摇效果,为研究和设计减摇水舱提供了可靠的依据。

减摇水舱的固有频率和阻尼研究与试验分析

减摇水舱是一种减小船舶横摇,抵抗横倾的常用装置.设计减摇水舱最重要的两个参数是固有频率和阻尼.目前常用的确定减摇水舱固有频率和阻尼的方法大致分两种:一是利用流体力学理论分析或者经验公式进行计算;二是通过试验的方式来测得.由于减摇水舱内水的流动特性比较复杂,所以理论计算十分复杂,而且得到的结果误差也比较大.经验公式只可作为粗略估计.试验的方式对实验台和船模的硬件要求比较高,而且周期比较长.文章提出了一种利用CFD软件进行仿真计算确定水舱固有频率和阻尼的新方法,并且和水舱摇摆台试验结果进行了对照,证明了其可行性和准确性.

减摇水舱相关参数变化对减摇影响的研究

在被动式减摇水舱的几何尺度确定之后,它的减摇效果主要取决于垂直位置的布置、边舱液位高度和阻尼系数等参数的选取.利用我校研制的船舶减摇水舱试验台架进行了水舱不同垂直位置布置、不同边舱液位高度及不同的阻尼板开度的强迫振荡试验.试验结果表明,垂直位置布置和阻尼系数的变化对被动式减摇水舱的减摇性能影响较大,而边舱液位高度的变化对减摇效果的影响不大.水舱垂直位置布置应高于船舶横摇中心,阻尼板开度应为2/5～3/5.因此在设计和使用减摇水舱的过程中,应该重点注意减摇水舱垂直位置的布置和阻尼系数的选择.

变周期减摇水舱控制与仿真

减摇水舱的设计首先要考虑与船体的适配,同时在设计中要重点考虑水舱的阻尼与周期特性,其中周期特性是水舱最基本的特性参数,适用周期范围越宽,减摇效果越理想。针对变周期减摇水舱的相当长度与一般U型水舱相当长度计算的不同之处——其连通道宽度可调且边舱面积随边舱外壁角变化而变化,通过积分方法推导出了可变周期减摇水舱相当长度的计算公式,提出了一种适用于变周期减摇水舱的估算方法。所设计的变周期减摇水舱采用连通道挡板控制改变周期,避免了气阀控制的时间延迟问题,还可根据船体运动规律调整连通道阻尼挡板以提高减摇效果。以某型船为例,建立了船舶减摇水舱仿真模型。经减摇水舱自由衰减振荡数值仿真方法验证,所提出的周期估算公式可靠。采用该模型研究了变周期减摇水舱的控制方法,结果表明,在其工作范围内,可使横摇角始终保持在8°以内,可以在5.5～18 s的周期范围内有效减摇,大大超过了被动式减摇水舱的工作频带。

可控被动式减摇水舱控制策略研究

从未减摇和装减摇水舱后的船舶运动方程出发 ,对可控被动式减摇水舱的水舱控制策略进行了研究 ,指出应从充分发挥减摇水舱的性能角度出发 ,选择水舱的最佳控制策略。从能量最少角度考虑 ,当波浪频率远离船舶谐摇频率时 ,可以考虑选择关闭水舱的方式进行控制。仿真结果表明 ,存在一个最佳控制策略 ,能够使水舱的性能得到充分发挥 。

减摇水舱半物理仿真装置的试验研究(英文)

介绍了减摇水舱试验装置,它包括由台架和被动减摇水舱2部分,分析了试验装置模拟船舶横摇运动的方法,通过计算机控制伺服系统驱动试验装置,能够用台架模拟船舶的横摇运动并且验证被动水舱的减摇效果.对试验装置理论模型仿真曲线和半物理装置模型的仿真曲线进行了对比,分析了半物理试验装置的试验曲线.仿真和试验结果可为实船装备被动减摇水舱提供可靠数据.

基于GPC的气控被动式减摇水舱研究

在建立减摇水舱内气体和液体两相流动的运动模型基础上,研究了水舱顶部气体连通道的截面面积大小与水舱内液体振荡参数之间的关系。利用广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)对水舱内液体运动参数进行在线滚动寻优计算,并通过调节截面开口大小实现参数的调节,以此控制水舱内液体的流动,使之与船舶横摇运动相适应,对抗外部海浪干扰。仿真研究表明,与传统的开关式气阀控制策略相比,新的控制策略可以明显提高被动可控式减摇水舱的减摇效果,在较宽的频率范围内对船舶进行有效减摇。

船舶减摇水舱设计研究

在介绍两种被动减摇水舱设计方法的基础上,通过对水舱中液体转动惯量的取舍问题进行讨论,在考虑减摇水舱中液体的流动的情况下,引入一计算水舱中液体转动惯量的修正系数。根据实际船舶参数按照上述确定水舱中液体转动惯量的方法给出了减摇水舱设计结果和对应的减摇效果仿真结果。在减摇水舱的设计中,为正确计算和评价被动水舱的减摇效果,提高了精度。为合理地确定减摇水舱通道的放大系数等减摇水舱设计参数提供了更合理的依据。

可控式被动减摇水舱最佳相位PD控制策略研究

在"船舶-可控式被动减摇水舱"系统数学模型的基础上,综合船舶横摇运动信息设计最佳相位PD控制器,并对可控式被动减摇水舱气阀的开启和关闭进行控制。在不规则波下的仿真结果表明,与常规控制相比,采用最佳相位PD控制策略能够取得更好的减摇效果,最大程度上发挥可控式被动减摇水舱的减摇能力。

减摇水舱固有频率的选取新方法

水舱固有频率是刻划水舱特征的基本参数 .通过比较可控被动式减摇水舱几种常见的固有频率选取方法 ,提出了一种新的选取方法 .指出应从船舶所服务海域的波浪频率变化范围和船舶横摇频率变化范围出发 ,同时考虑其他影响因素 ,确定减摇水舱固有频率 .

减摇水舱台架系统中横摇阻尼的模拟实现

在减摇水舱台架模拟实船运动过程中 ,横摇阻尼的模拟是个技术难点。给出了船舶横摇阻尼和阻尼模拟的理论基础 ,提出了一种新的阻尼模拟方法 ,并对阻尼模拟在规则波和不规则波下进行了仿真。结果表明此模拟方法具有可行性 ,最后应用到减摇水舱台架系统中 ,实验证明方法行之有效 ,从而在此基础上做横摇、横荡实验 。

基于万吨溢油回收船的平面被动式减摇水舱优化和模型试验

为进一步掌握平面被动式减摇水舱内水位的变化对减摇效率的影响规律,以某万吨级溢油回收船为研究对象,选择5档水舱水位和无水状态分别进行静水横摇衰减模型试验、规则波模型试验和4级海况下的不规则波模型试验,对减摇水舱内水位的变化对目标船固有周期、阻尼特性和减摇效率的影响规律进行对比分析。研究结果表明:水舱内的水位增加对目标船的横摇固有周期和阻尼系数都有影响;当水舱内的水位在水舱总高的50%以内时,减摇效率随水位的增加而提高;当水舱内的水位在水舱总高的50%~60%范围内时,减摇效率最高;当水舱内的水位在水舱总高的60%以上时,减摇效率有下降的趋势。

非线性条件下被动式减摇水舱仿真研究

减摇水舱作为一种常见的减摇装置,人们对它进行了很多研究.分析减摇水舱常用的是线性数学模型,但是线性模型仅适合小幅横摇的情况,而且忽略非线性因素的影响对减摇水舱的减摇效果分析也有影响.文章研究了考虑非线性因素的情况下,减摇水舱的特性.使用Matlab/Simulink对被动式减摇水舱进行建模,解决了非线性模型难以解算的问题.