零航速减摇鳍实验装置研究与实现

论文摘要

本课题的主要内容为零航速减摇鳍实验装置的研究与零航速减摇鳍水动力曲线的测量。在零航速条件下对船舶进行减摇是一个迫切需要解决的问题，解决该问题的关键是确定零航速减摇鳍的水动力曲线，在获知零航速减摇鳍的水动力曲线之后，才能对零航速减摇鳍进行有效的控制，最后完成船舶的横摇减摇。通常运用数学建模的方法获取水动力，但是通过这种方法所得到的结果往往不准确，因此本课题针对这一问题，设计了零航速减摇鳍实验装置，通过实验的方法对零航速减摇鳍的水动力大小进行测量，并在此工作的基础上对零航速减摇鳍的控制策略进行了一定研究。首先，对零航速减摇鳍实验装置进行设计。测量水动力大小最准确的方法是进行水池实验，但是这种方法成本过高，并受限于实验室条件，因此本课题设计了该装置。该实验装置利用小型水槽模拟水动力的实验环境，以直驱式转台作为驱动装置，驱动减摇鳍的模型在水中进行摆动，五分量天平作为传感器测量水动力大小，最后将数据保存到计算机中。其次，对本实验装置进行搭建并调试，确认其精度。调试完成之后，开始进行水动力实验，测量出三种翼型的零航速减摇鳍在不同摆动周期下、正弦摆动形式下的零航速减摇鳍水动力大小。通过理论建模的方法，建立出零航速减摇鳍的水动力模型，计算出其水动力的大小，最后将水动力实验结果与理论计算的结果进行对比，然后得出结论。文中采用了对称式茹科夫斯基翼型、带有附加翼的茹科夫斯基翼型与带拱度的茹科夫斯基翼型进行水动力实验，后两种翼型作为对称式茹科夫斯基翼型的变形，将后两种翼型的升力曲线与对称式翼型的升力曲线进行对比，评价变形的效果。最后，对零航速减摇鳍的控制策略进行初步研究。零航速减摇鳍的水动力大小与其摆动位置、摆动速度和摆动加速度有关系，在实际的控制当中如何平衡三者之间的关系是一个需要解决的问题，因此需要优化控制参数以期达到良好的控制效果及减摇效果，本文利用模糊控制的方式对参数进行了优化。根据实验结果，对零航速减摇鳍的模型进行了简单修正，运用了三种零航速减摇鳍的模型进行了仿真分析，对其减摇效果做了分析对比。论文设计了零航速减摇鳍实验装置，分析了该实验装置的工作原理，进行了系统调试，利用该装置针对三种零航速减摇鳍鳍模进行了水动力实验，得到了三种鳍上的水动力曲线，对零航速减摇鳍控制策略进行研究，并做了仿真分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外零航速减摇鳍水动力的研究现状
• 1.3.2 国内零航速减摇鳍水动力研究现状
• 1.3.3 模糊控制的研究现状
• 1.4 目的及主要研究内容
• 1.5 论文的组织结构
• 第2章 零航速减摇鳍实验装置的设计
• 2.1 引言
• 2.2 零航速减摇鳍实验装置的设计方案
• 2.3 各个分系统的设计
• 2.3.1 零航速减摇鳍实验装置的测量对象
• 2.3.2 零航速减摇鳍实验装置的测量环境
• 2.3.3 零航速减摇鳍实验装置的驱动控制系统
• 2.3.4 零航速减摇鳍实验装置的升力测量系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验装置的调试
• 3.1 引言
• 3.2 力矩电机的调试
• 3.2.1 力矩电机的控制流程图
• 3.2.2 Elmo 驱动器的研究
• 3.3 数据采集系统的调试
• 3.3.1 数据采集系统的软件调试
• 3.3.2 五分量天平的调试
• 3.3.3 信号放大器的调试
• 3.4 干扰的屏蔽
• 3.5 本章小结
• 第4章 零航速减摇鳍的水动力建模与水动力实验
• 4.1 引言
• 4.2 零航速减摇鳍水动力建模
• 4.2.1 形状阻力建模
• 4.2.2 漩涡阻力建模
• 4.2.3 附加质量力建模
• 4.3 零航速减摇鳍的水动力实验研究
• 4.3.1 实验鳍型
• 4.3.2 实验数据相关符号
• 4.4 水动力实验结果及数据对比
• 4.4.1 基于对称式茹科夫斯基翼型的实验数据
• 4.4.2 带有附加翼的茹科夫斯基翼型的实验数据
• 4.4.3 带拱度的茹科夫斯基翼型的实验数据
• 4.4.4 减摇鳍变形后与变形前实验升力对比分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 零航速减摇鳍的控制策略研究
• 5.1 引言
• 5.2 海浪模型
• 5.3 零航速减摇鳍模型
• 5.4 零航速减摇鳍控制策略
• 5.4.1 零航速减摇鳍的控制系统
• 5.4.2 模糊控制策略
• 5.5 船舶减摇仿真
• 5.5.1 横摇模型
• 5.5.2 零航速减摇鳍控制系统仿真
• 5.5.3 减摇效果统计
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢