船舶停泊状态下减摇鳍系统的研究

论文摘要

一直以来,减摇水舱是船舶在停泊状态或低航速下减摇的唯一选择,但是减摇水舱的整体减摇效果并不是很理想。而减摇鳍虽然在中高航速下的减摇效果非常理想,但是在低航速和船舶停泊情况下几乎无法减摇。对于既要求高航速下减摇也要求无航速下减摇的舰船来说,就需要同时安装两种减摇系统,高航速下使用减摇鳍减摇,低航速和零航速时用减摇水舱减摇。虽然这种方法优点很明显,但这就意味着需要设计和维护两套系统,不但增加了成本,而且会占用更多的船舶内部空间。针对这一现状,本文探讨了一种全新的减摇鳍系统。该减摇鳍系统采用一种新的运动控制方法,使其工作不再受航速的限制,即在船舶停泊状态下也可以起到减摇作用。有别于传统减摇鳍的升力产生机制,用于船舶停泊状态下的减摇鳍系统的升力产生理论是从昆虫的悬停中得到启发,鳍的运动方式也是模仿昆虫的振翅运动。根据鳍的这一特殊运动方式,对减摇鳍在流体中的受力情况进行了分析,详细讨论了不同的流体作用力的产生机理,并进一步给出了每一种作用力定量的计算公式。在此基础上,用计算流体力学的方法验证了得到的数学公式,对鳍在该条件下的升力产生有了一个初步可用的理论基础。由于新的减摇鳍系统采用了全新的运动方式,本文针对其运动的规律,重新推导了新减摇鳍系统各部分的数学模型。在此基础上,将新的减摇鳍系统模型用于船舶减摇模型中,对其性能和减摇效果作了分析,并将其与传统的减摇水舱作了对比研究。最后,本文探讨了这一新的减摇鳍自身的特点,对其系统特有的一些性质进行了深入一步的研究,并对安装两对减摇鳍的情况做了初步的讨论。由于时间所限,本文的工作只是在一定程度上为这一全新的课题打下了一个基础和框架,并为以后的深入提供了一个研究的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、目的和意义
• 1.2 舰船减摇装置的发展状况
• 1.2.1 舭龙骨
• 1.2.2 减摇水舱
• 1.2.3 减摇鳍
• 1.2.4 停泊状态减摇鳍
• 1.3 停泊状态减摇鳍装置的发展状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 升力模型的建立
• 2.1 传统减摇鳍系统
• 2.1.1 传统减摇鳍系统的工作原理
• 2.1.2 传统减摇鳍系统的升力产生机理
• 2.2 停泊状态下的减摇鳍系统
• 2.2.1 研究的智能仿生学理论
• 2.2.2 用于减摇鳍系统的简化模型
• 2.3 理论升力模型的建立
• 2.3.1 拖拽力
• 2.3.2 附加质量力
• 2.3.3 涡对升力的影响
• 2.3.4 总的升力表达式
• 2.4 本章小结
• 第3章 升力模型的数值仿真
• 3.1 模型系数的理论计算
• 3.2 通过模式识别计算模型系数
• 3.2.1 通过模式识别推导模型参数的理论分析
• 3.2.2 Fluent软件的数值仿真
• 3.3 理论计算模型与模式识别推导模型的对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 停泊状态下减摇鳍模型的仿真
• 4.1 长峰波随机海浪仿真
• 4.1.1 长峰波随机海浪仿真的理论基础
• 4.1.2 长峰波随机海浪数值仿真
• 4.2 停泊状态下减摇鳍系统在长峰波海浪中的仿真
• 4.2.1 船舶—减摇鳍系统的组成
• 4.2.2 停泊状态减摇鳍系统的simulink仿真
• 4.2.3 仿真数据的分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 停泊状态下减摇鳍系统特性的深入研究
• 5.1 仿真中的条件限制
• 5.1.1 信号的限位
• 5.1.2 能量的限制
• 5.1.3 加入限制条件后的仿真结果
• 5.1.4 仿真数据的分析
• 5.2 转鳍中心位置的偏移
• 5.2.1 转鳍中心位置偏移的原因和影响
• 5.2.2 解决转鳍中心位置偏移的方法
• 5.3 鳍角限位
• 5.4 被动式水舱与停泊状态减摇鳍在停泊状态下减摇效果的对比
• 5.4.1 被动式减摇水舱与停泊状态减摇鳍系统的特点比较
• 5.4.2 被动式减摇水舱减摇基本原理
• 5.4.3 被动水舱与停泊状态减摇鳍的减摇性能比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 两对鳍系统
• 6.1 引入两对鳍系统的原因
• 6.2 两对鳍系统的应用
• 6.2.1 两对鳍系统的特点
• 6.2.2 两对鳍系统的simulink仿真
• 6.2.3 仿真数据的分析
• 6.3 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