不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响研究

通过数学模型进行船舶操纵性预报是常用的方法,以往的约束模试验通常仅在设计航速下进行,且MMG船舶操纵运动模型通常认为螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可以忽略。但船舶在实际操纵运动的过程中航速会发生很大变化,螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可能变得不可忽略,因此有必要开展相关船舶操纵水动力的研究。以KVLCC2为研究对象,对其裸船体、船-舵、船-桨和船-桨-舵系统分别进行不同航速下的约束模试验数值模拟,研究了不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响。研究结果表明:螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不可忽略,该影响随着船舶航速的减小而增大,但舵的存在会减弱其影响;螺旋桨对舵效有着较大影响,该影响随着船舶航速的减小也会明显增大。因此在进行船舶操纵性研究时,有必要进行非设计航速下的相关约束模试验。

高速大舵角下回转舰船横摇力矩波动自动控制

为提升舰船的回转性能和稳定性,研究高速大舵角下回转舰船横摇力矩波动自动控制方法。计算回转舰船横摇力矩,通过闭环增益成形算法设计舰船横摇力矩波动自动控制的鲁棒PID控制器。以计算的横摇力矩与期望横摇力矩间的误差,以及误差变化率为鲁棒PID控制器的输入,输出横摇力矩波动自动控制律,并作用于舰船上实现横摇力矩波动自动控制。实验证明:在高速大舵角下回转工况下,该方法可有效自动控制舰船横摇力矩波动,降低横摇力矩的振动幅度;应用该方法后,可将舰船横摇角自动控制在允许范围内,且舰船回转轨迹与期望轨迹接近。

潜艇舵低速颤振现象及其预报

潜艇的舵系统是会出现低速颤振的。本文介绍这种不同于经典颤振的弱颤振现象 ,并利用俄罗斯程序预报了典型舵系的低速颤振状态。

桨后舵片空化的面元法数值计算方法

舵空化不仅会对舵叶产生剥蚀作用,而且还会引起船体艉部振动和噪声增大,针对舵的空化问题,建立了桨后舵片空泡的面元法数值计算方法。通过面元法对螺旋桨的水动力性能计算得到了螺旋桨表面及尾流面的奇点强度,进而得到螺旋桨的尾流场,以此作为舵的来流输入条件,再通过基于速度势的面元法对舵上的片空泡进行计算,最终得到舵片泡的范围和厚度分布。通过该方法,研究了某型船的桨后舵在各航速各舵角的片空化形状,分析了各舵角时舵的空化起始航速,形成了舵空泡的快速计算方法,该方法可以在舰船设计阶段对舵的空泡性能进行评估,为舵的优化设计提供技术支撑。

扭曲舵空化起始航速分析

针对水面中高速舰船舵的空化问题,研究了普通舵和扭曲舵的空化特性,比较了两种舵的空化起始航速。通过CFD方法,对桨后舵水动力性能进行了数值计算,得到普通舵和扭曲舵的在各种工况、各种舵角条件下的压力分布特性,通过考查两种舵的压力分布特性,对普通舵和扭曲舵的空化起始航速进行了计算评估。结果显示:在各航速各舵角下,扭曲舵的压力降峰值比普通舵明显减小,可以大幅提高舵的空化起始航速,在舰船0舵角直航时,扭曲舵的空化起始航速可以提高5.9 kn。因此扭曲舵可以减小舵上空化剥蚀和振动,对舵的使用寿命和舰船的隐身性是有利的。

潜艇分离式舵横倾动态优化控制仿真研究

在潜艇舵稳定优化控制中,潜艇空间机动虽然具有重要的战术运用价值,但是机动过程中的过大横倾却一直限制了其应用场合,而分离式舵能够有效控制潜艇在进行空间机动战术机动时产生的较大横倾。以模型潜艇为研究对象,对分离式舵的差动舵角进行了定义和符号规定,介绍了潜艇分离式舵横倾动态控制系统原理,编制了分离式舵的潜艇空间操纵运动仿真平台,通过仿真分析了分离式舵对潜艇空间机动时的横倾控制能力,并对分离式舵与普通十字舵在潜艇高速空间机动时对横倾的控制能力进行了比较分析,给出了潜艇在不同航速条件下进行空间机动时建议操纵的差动舵角,为潜艇动态稳定控制提供了依据。

同时受方向舵和脚蹬力限制的空中最小操纵速度理论研究

从横航向运动方程的基本形式出发,推导出了受方向舵限制的飞机纠偏能力,并根据CCAR25部要求推导出了受脚蹬力限制的不对称推力水平,综合两者,可以得到同时考虑了受方向舵限制和受脚蹬力限制的飞机纠偏能力,利用精确的推力模型数据可以得到在任何WAT条件下的最小操纵速度及其限制因素。

舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究

流激舵系统引起的振动对水下航行体隐蔽性产生较大影响。为深入研究其振动特性,根据舵系统的结构组成进行简化,建立系统二元线性颤振数学模型,确定低速颤振的产生条件,并获得低速颤振的主要影响因素和作用规律。此外,在重力式水洞中开展舵模型流激振动试验,重点研究了支撑刚度、扭转刚度、质心和刚心位置等参数变化对舵模型流激振动的影响。结果表明:在流体载荷激励下,舵系统结构设计对流激振动特性有较大影响,通过对升沉运动与扭转运动频率之比、结构质量与附加质量之比、刚心、质心与弦中心的相对位置等参数进行匹配设计,能够有效抑制舵系统流激振动。

预置舵角对高速入水弹道和流体动力的影响

为了实现导弹以反复入水方式进行末段突防,需要形成向上弯曲的弹道,考虑采用预置舵角的方法迫使弹体在超空泡流动条件下作抬头转动,依靠攻角产生的尾部滑行力提供转平所需的法向过载。本文研究了具有细长前锥段外形的超空泡导弹在高速入水时弹道和流体动力的情况。利用动网格技术控制弹体以及整个计算区域的运动,采用Mixture方法描述气-液界面的运动变化;通过流场-弹道耦合方法,分析了通气条件下,0°~30°范围内不同预置舵角下入水弹道与流体动力的变化规律。研究结果表明,预置舵角可以控制弹道转平,且预置舵角越大弹道越容易转平。

自动制孔系统在复材舵面上制孔的工艺参数研究

在研究传统制孔工艺的基础上,对叠层复材制孔工艺进行了深入研究,制定了复材舵面叠层制孔工艺参数测试方法。分析了影响制孔质量的关键工艺参数,从主轴转速、进给量、孔径3个方面分析了制孔过程中的异常现象,分别从复材面加工制孔及铝合金面加工制孔,对制孔质量的相关数据进行统计分析。总结了在不同主轴转速、进给量、进给速度的情况下,制孔变形量与孔径质量之间的关系,形成了夹芯复材舵面孔加工方案的制定体系,改进了复材舵面自动制孔系统的制孔工艺参数。

潜艇空间运动操纵方式及安全性分析

分析潜艇空间运动典型的操纵方式和运动特性及尾升降舵卡故障和挽回方式。

不同舵速对船舶回转性能影响理论与试验分析

为分析不同舵速对船舶回转性能的影响,采用理论仿真和模型试验相结合的方法,基于流体力学和船舶操纵性基本理论,建立三自由船舶运动模型,对模型进行仿真验证。通过构建自航模试验系统,进行不同舵速下的自航模试验,理论与试验结果表明:不同舵速对战术直径、定常回转直径和横距无明显影响,但对纵距影响较明显。

船舶航速/航向协调自适应滑模容错控制

针对舵桨联合操纵的船舶航速/航向协调容错控制问题,结合舵桨功能有效性,提出了一种非线性广义扰动观测器,无需扰动先验信息在线补偿系统的扰动状态。基于广义扰动补偿和自适应估计提出了一种自适应滑模容错控制算法,通过实时估计广义扰动导数的范数上界消除扰动重构误差,同时设计了具有故障惩罚作用的伪逆优化分配策略,引入执行器有效性矩阵来修正故障执行器的优先作用等级,实现了冗余舵桨系统故障运行模式下的航速/航向跟踪、广义扰动补偿和执行器能耗最优化。仿真实验结果验证了所提的广义扰动观测器和自适应滑模容错控制系统的有效性。

基于模糊神经网络的舵鳍联合减摇控制

船舶是典型的复杂非线性、不确定性系统,受自身结构、所装货物质量、航速及风浪流等因素的影响,难以建立其精确的数学模型。由此,针对目前舵鳍联合减摇控制设计依赖于船舶模型参数的缺点,在充分考虑舵角、舵速等约束条件的基础上,基于模糊神经网络设计分离型舵鳍联合减摇控制器,并在不同海况和模型参数存在摄动的情况下进行MATLAB仿真研究。仿真结果表明:所设计的模糊神经网络控制器不仅能使船舶保持航向,而且其减摇效果优于传统PID控制,同时体现出了极强的鲁棒性。

舵速对船舶波浪中回转及横摇的影响

基于经典MMG模型和统一理论建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,利用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶波浪中的回转和横摇特性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过自航模试验进行模型验证,预报了不同操舵速度对船舶回转和横摇的影响。研究表明耦合模型能够有效地仿真船舶的回转及横摇,回转过程中操舵速度越大船舶改变航向和航迹的能力越强,纵距越小,但会给船舶造成较大的横摇。

变舵速对船舶Z型运动影响理论与试验分析

为分析变舵速对船舶Z型运动性能的影响,提出一种理论仿真和模型试验相结合分析的方法。基于流体力学和船舶操纵性基本理论和方法,建立三自由船舶运动模型,并对模型进行仿真验证。通过构建自航模试验系统,进行变舵速下的自航模试验。理论与试验结果表明:不同舵速对K及T指数无明显影响,但对超越角影响较明显。

船舶舵减摇潜力与最大舵速的关系分析

为探究船舶舵减摇潜力与舵速的关系,将某船舶的实际船体参数引入到船舶运动模型中,利用Matlab对船舶横摇运动进行仿真。通过快速傅里叶变换(FFT)确定海浪引起船舶横摇运动的主要频率范围,在该频率范围内操舵,获得船舶在不同的舵速限制下由于操舵产生的横摇角,通过与船舶受海浪影响产生的横摇角对比,分析舵速限制下船舶在不同海况中具备的舵减摇潜力。仿真实验表明:船舶舵减摇潜力随舵速的提高而增大;在最大舵速10°/s限制下,船舶在常见的海况下都有很好的舵减摇潜力;继续增大舵速,舵减摇潜力随舵速增大的趋势变缓。

某高速着陆无人机方向舵纠偏控制设计及性能分析

无人机高速着陆过程中,由于侧风或初始干扰导致的滑跑侧偏极其危险。基于高速状态下方向舵纠偏效率高的特点,建立某无人机高速着陆动力学模型,设计方向舵纠偏控制策略,并基于Matlab/Simulink平台建立无人机滑跑非线性动力学模型及方向舵纠偏控制模型;对具有初始1°偏航角和1m/s持续垂直侧风情况下的无人机着陆工况进行仿真分析,并通过控制着陆速度、着陆初始姿态角和侧风强度,分析纠偏控制系统的性能。结果表明:所设计的纠偏控制系统具有一定的航向纠偏和抗持续侧风能力,最大侧偏距小于3 m,偏航角小于5°,较好地实现了高速滑跑阶段的侧向纠偏性能。

约束条件下的舵鳍联合减摇控制研究

舵鳍联合减摇是一种新型减摇方法。在已有研究文献的基础上,基于输入输出线性化的鲁棒控制器设计方法,针对某集装箱船设计舵鳍联合减摇控制器,并重点研究舵速、鳍速限制对减摇效果与航向保持效果的影响,探讨舵速与鳍速之间的制约关系。仿真结果表明鳍速越低、舵速越高则减摇效果越好,但舵速、鳍速均有一上限值,超过上限值后,舵速、鳍速变化对减摇效果及航向保持效果的进一步改善不再明显。

高速飞行器折叠翼/舵设计技术与进展研究

本文针对高速飞行器折叠翼/舵设计技术进行了研究。从工作时序入手阐述了折叠翼/舵总体设计的关键技术和设计流程,建立了结构设计通用指标体系并梳理了折叠翼/舵结构设计的设计流程、仿真分析和试验,针对折叠翼/舵设计技术的研究现状和发展趋势分别进行了介绍和展望,可为高速飞行器折叠翼/舵设计提供参考。