氣墊船安全航行協(xié)調控制技術研究.pdf

1、全墊升氣墊船是以靜態(tài)空氣壓力支撐的一類高性能船舶,它通過墊升系統(tǒng)將船體托起,由安裝在尾部的大功率螺旋槳提供推力,通過垂直空氣舵實現(xiàn)對氣墊船的操縱。全墊升氣墊船在運行時通過墊升風機向船體氣道與圍裙氣墊內(nèi)供氣,將船完全脫離水面,從而獲得高速運行于水面或陸地的兩棲性。
　　氣墊船的水動阻力相對水面船較小,航行時受風浪干擾影響很大。存在“高速易埋首,低速易翻船”的現(xiàn)象。在高速航行時,如果有順風作用,在空氣動力作用下容易導致船低頭從而造成埋

2、首現(xiàn)象;如果打較大舵角進行回轉,容易出現(xiàn)高速甩尾現(xiàn)象。低速航行時,由于偏航阻尼較小且外部氣動力提供的向心力不夠,容易導致轉向時伴隨嚴重側滑,氣墊船的這些特性決定它的安全性較差,不易操縱。目前國內(nèi)的氣墊船還主要依靠人工操縱,在行駛時駕駛員的壓力很大,工作繁重,很容易出現(xiàn)操作失誤。沿海掃雷、反潛、進出港口和船塢等任務時,對操作精度要求很高,人工操作是無法準確完成的。而航行安全是氣墊船完成操作和功能的保障,因此為了減輕駕駛員的操作負擔,提高運

3、動的安全性,改善操控水平,對全墊升氣墊船運動控制和安全航行的研究都是很有必要的。
　　本文主要研究了氣墊船安全航行控制問題,對某型氣墊船進行建模并對其航行穩(wěn)定性進行分析,最后對空氣舵與旋轉噴管的協(xié)調控制進行了研究。具體內(nèi)容如下:
　　首先,建立了全墊升氣墊船六自由度運動數(shù)學模型。對氣墊船所受各個阻力分別建模,包括空氣動力模型、水動力模型、氣墊動力模型等;對執(zhí)行機構的操縱特性進行分析,包括旋轉噴管、螺旋槳、空氣舵、側風門等,完

4、成了整個運動模型的建立,并進行仿真試驗來對所建模型進行驗證。
　　其次,對變結構控制理論進行研究,設計航向滑模控制器來解決氣墊船的航向控制問題。根據(jù)常用削弱變結構控制抖振的策略,研究與反步法結合的變結構控制方法,對所設計的航向控制器進行改進。并在不同擾動風作用下進行了仿真對比驗證。
　　接著,對氣墊船的安全航行進行研究,建立航行過程中氣墊船參數(shù)的安全限界。根據(jù)穩(wěn)定性要求,對航向控制的需求進行分析,著重研究了氣墊船的橫向穩(wěn)定性