雙體船姿態(tài)綜合控制研究及仿真分析.pdf

1、小水線面雙體船也稱(chēng)SWATH船，它與常規(guī)單體船相比，有較長(zhǎng)的自然周期和較小的運(yùn)動(dòng)幅度。而與一般的雙體船相比，由于其水線面積小，SWATH船在波浪中航行時(shí)具有失速少，抗抨擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)。此外，這種船型能有效的降低乘客和船員的暈船率，正是由于其出色的耐波性能使得這種船型得到了廣泛的應(yīng)用。然而，水線面積小也導(dǎo)致其縱向運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變差，為解決這個(gè)問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的解決方案是在SWATH船的下潛體內(nèi)側(cè)安裝穩(wěn)定鰭，通過(guò)穩(wěn)定鰭產(chǎn)生的力矩來(lái)改善SW

2、ATH船的航行姿態(tài)，以達(dá)到快速舒適的航行效果。
　　 小水線面雙體船在國(guó)內(nèi)外都有很大的實(shí)用前景和應(yīng)用價(jià)值。例如當(dāng)年的世界第一條小水線面雙體船“卡瑪利諾”號(hào)，就成功的從實(shí)驗(yàn)船轉(zhuǎn)為了一條可供人乘坐的游覽船，而且得到了大家的一致認(rèn)可，其耐波性，尤其是較高海況下的耐波性更是引起世界轟動(dòng)。此后，世界各國(guó)都對(duì)這種船型產(chǎn)生了濃厚的興趣。雖然在Munk力矩和片體間干擾等問(wèn)題上還存在一些不足，但這也引起了各國(guó)的研發(fā)熱情。我國(guó)起步較晚，不過(guò)在和澳大

3、利亞的合作以及702所的分析設(shè)計(jì)下，一些具有國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)的小水線面雙體船應(yīng)運(yùn)而生，如我國(guó)自主研制的“北調(diào)991”和“022導(dǎo)彈艇”等。因此本文的建模、仿真和控制器設(shè)計(jì)有一定的實(shí)際意義。
　　 論文主要做了如下工作，首先，從小水線面雙體船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能入手，通過(guò)對(duì)世界各國(guó)小水線面雙體船的數(shù)學(xué)建模方法進(jìn)行研究對(duì)比，得到了通過(guò)以理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為主，以計(jì)算流體力學(xué)軟件為輔的多層次運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型建模方式；其次，在上述建模方式的基礎(chǔ)上對(duì)小水

4、線面雙體船的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到海浪擾動(dòng)力，各自穩(wěn)定鰭的升力，以及諸水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)；再次，對(duì)于得到的小水線面雙體船的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程求解出SWATH船縱向運(yùn)動(dòng)的固有周期、阻尼比和半衰周期等特征參數(shù)；最后，針對(duì)五級(jí)海況下小水線面雙體船的耐波性不足的特點(diǎn)，通過(guò)參數(shù)自整定模糊PID控制穩(wěn)定鰭的設(shè)計(jì)和仿真分析，完成了某SWATH船的穩(wěn)定鰭控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　 在上述工作的基礎(chǔ)上，本文還對(duì)SWATH船橫搖、縱