船舶气动式抗横倾装置的研究

论文摘要

横倾会给船舶的安全、操纵性和经济性带来极大的危害,对于一些特殊的船舶,如集装箱船、滚装船、火车轮渡船、重型起重船等,横倾的危害尤为明显。船舶的横倾不仅会使货物装卸的速度变慢,甚至还会因为货物之间的卡阻或碰撞致使船舶失去平衡而最终导致倾覆。因而,对于这些特殊的船舶,安装抗横倾装置是非常必要的。传统的水泵驱动式或阀门切换式抗横倾装置因为受水泵排量及泵的启动与换向时间的限制,其反应速度及横倾补偿率都难以达到高效抗横倾的目的。气动式抗横倾装置因其鼓风机能连续工作,水舱连通道截面积大,加上受计算机控制的横倾控制空气阀能快速启闭,因此能使大量水流立刻流动、换向或停止。其反应速度及横倾补偿率完全能及时纠正船舶的横倾,使船舶迅速恢复平衡状态。目前,国外公司的气动式抗横倾装置已经广泛应用于一些特殊船舶当中,并取得良好的抗倾效果。但我国至今尚无此类产品的出现,对这方面的研究也微乎其微。为了将气动式抗横倾装置的研究引入国内,为我国自主开发生产高效的气动式抗横倾装置提供一定的理论依据,本文在广泛调研的基础上从以下几个方面对其进行了研究:首先,分别从静力学和运动学两方面对船舶的横倾运动状态进行深入分析,推导了影响船舶横倾运动各因素间的函数关系,并建立了船舶自由横倾运动数学模型;随后,制订了船舶气动式抗横倾装置执行机构的设计方法和设计流程;最后,建立了安装气动式抗横倾装置后的“船舶-气动抗倾装置”系统的数学模型,并对船舶气动式抗横倾装置的控制策略做了初步的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶横倾的危害
• 1.2 几种典型的抗横倾装置简介
• 1.2.1 阀门切换式
• 1.2.2 水泵驱动式
• 1.2.3 气动式
• 1.3 国内外抗横倾装置的研究和发展现状
• 1.4 选题背景和意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 船舶横倾运动分析
• 2.1 引言
• 2.2 船舶坐标系的确定
• 2.3 船舶横倾的静力学分析
• 2.3.1 重心移动定理
• 2.3.2 载荷横移对船舶横向浮态的影响
• 2.3.3 载荷装卸对船舶横向浮态的影响
• 2.4 船舶横倾的运动学分析
• 2.5 船舶横倾运动方程的建立
• 2.5.1 转动惯量的计算
• 2.5.2 阻尼系数的计算
• 2.5.3 复原力矩的计算
• 2.6 船舶在不规则扰动力矩作用下的动态响应
• 2.7 本章小结
• 第3章 船舶气动式抗横倾装置执行机构的设计
• 3.1 引言
• 3.2 平衡水舱的设计
• 3.2.1 平衡水舱的布置
• 3.2.2 平衡水舱各部分尺寸的设计
• 3.2.3 平衡水舱内水流阻尼的估算
• 3.3 气压驱动系统的设计
• 3.3.1 鼓风机的选用
• 3.3.2 管道直径的确定
• 3.3.3 系统横倾补偿速率的校核
• 3.4 本章小结
• 第4章 "船舶-气动抗倾装置"系统的数学模型
• 4.1 引言
• 4.2 船舶气动式抗横倾装置的基本组成及各部件功能
• 4.3 气动式抗横倾装置工作原理
• 4.4 "船舶-气动抗倾装置"系统的数学模型
• 4.4.1 平衡水舱充放气的热力过程分析
• 4.4.2 气压驱动系统-水舱水流的动态过程分析
• 4.4.3 "船舶-气动抗倾装置"系统的数学模型
• 4.5 本章小结
• 第5章 船舶气动式抗横倾装置控制策略的研究
• 5.1 引言
• 5.2 仿人智能控制的基本思想
• 5.3 仿人智能控制行为的特征变量
• 5.4 仿人智能控制器的结构
• 5.5 基于规则的仿人智能开关控制器的设计
• 5.6 气动式抗横倾装置控制系统工作过程分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历