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双桨游览船舶无舵效运动建模与控制研究

中国造船 2014年第3期55卷 195-201页

作者：俞万能纪厚芝吴永红郑仁求集美大学轮机工程学院厦门361021 中国船级社福州分公司福州350001

针对以太阳能和锂电池为能源、以无刷直流电机为推进装置的双推进双体游览船舶,论文通过对双体船受力分析,依据船舶运动建模方法,建立船舶在舵失效情况下的运动仿真模型。通过检测左右舷螺旋桨的转速,实时计算双桨转速差产生的等效舵效... 详细信息

针对以太阳能和锂电池为能源、以无刷直流电机为推进装置的双推进双体游览船舶,论文通过对双体船受力分析,依据船舶运动建模方法,建立船舶在舵失效情况下的运动仿真模型。通过检测左右舷螺旋桨的转速,实时计算双桨转速差产生的等效舵效值,并给出合适的转速控制值。最后,以实船数据为依据进行舵失效情况下的船舶操纵控制策略优化,并进行系统仿真;仿真结果表明,论文提出的控制策略有效实用,提高了船舶操纵控制性能以及安全性能。

关键词：双桨游览船舵效建模

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以舵效最优为目标的襟翼舵优化设计

中国造船 2016年第2期57卷 78-85页

作者：朱锋陶志奇李胜忠赵峰中国船舶科学研究中心无锡214082

以远洋渔船母型襟翼舵为对象,高精度CFD 求解器作为评估工具,利用试验设计（DOE）和响应面方法（RSM）,采用转角比、尾弦比以及厚度比作为设计变量,以升力系数为设计目标,对渔船的襟翼舵进行了参数化优化设计;在此基础上,利用Bezier 翼... 详细信息

以远洋渔船母型襟翼舵为对象,高精度CFD 求解器作为评估工具,利用试验设计（DOE）和响应面方法（RSM）,采用转角比、尾弦比以及厚度比作为设计变量,以升力系数为设计目标,对渔船的襟翼舵进行了参数化优化设计;在此基础上,利用Bezier 翼型重构方法、PSO 优化算法对襟翼舵的翼型进行了优化设计,最终优化方案与渔船母型船襟翼舵相比,升力系数增加了15%～36%.文中建立的以数值评估优化为特征的襟翼舵参数化设计方法也可用于其他类型舵的优化设计.

关键词：襟翼舵响应面方法 CFD 舵效翼型优化

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波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

中国造船 2015年第A01期56卷 146-154页

作者：朱冬健马宁顾解忡邓德衡上海船舶研究设计院上海201203 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

基于经典MMG模型建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,并利用耦合模型叠加波浪力的方式,论文对一艘S175自航船模进行波浪中操纵性和横摇预报,并根据自航模试验进行对比验证;其波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行... 详细信息

基于经典MMG模型建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,并利用耦合模型叠加波浪力的方式,论文对一艘S175自航船模进行波浪中操纵性和横摇预报,并根据自航模试验进行对比验证;其波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。在验证模型准确性后,对船舶在不同舵速、浪向角下的操纵运动进行时域模拟,比较了舵速和遭遇浪向对船舶舵效的影响,分析了浪向、波频对船舶操纵和回转时横摇的影响。

关键词：波浪中操纵性 MMG模型自航模试验舵效

采用不同气动控制舵面的临近空间高超声速滑翔飞行器舵效研究

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空气动力学学报 2014年第2期32卷 240-245页

作者：邓帆任怀宇李绪国谢峰中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

在升力体构形的基础上,构造了3种不同布局方式的气动舵作为控制面,通过数值模拟手段对FLAP舵、后缘舵及全动舵的舵效进行了比较分析,并对带全动舵滑翔飞行器的气动特性进行了风洞试验研究。数据显示全动舵在纵向通道内调节压心位置的能... 详细信息

在升力体构形的基础上,构造了3种不同布局方式的气动舵作为控制面,通过数值模拟手段对FLAP舵、后缘舵及全动舵的舵效进行了比较分析,并对带全动舵滑翔飞行器的气动特性进行了风洞试验研究。数据显示全动舵在纵向通道内调节压心位置的能力较大,有足够的配平能力,在偏航及滚转控制时舵效均高于FLAP舵及后缘舵,同时可有效降低对舵机载荷的要求。研究表明对于升力体构形的飞行器而言,全动舵在临近空间高超声速范围内作为气动控制舵面具有一定优势。

关键词：临近空间滑翔飞行器气动控制舵面舵效

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港内船舶低速航行时的舵效

大连海事大学学报 2010年第2期36卷 6-10页

作者：洪碧光高孝日李强代如亮大连海事大学航海学院辽宁大连116026 安徽地方海事局合肥230032

为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对... 详细信息

为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对仿真结果的分析与比较,得出影响舵效的系列结论;同时,综合专家意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,可为驾引人员在实际工作中提供参考.

关键词：船舶低速运动数学模型舵效

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港内低速时船舶舵效的研究

港内低速时船舶舵效的研究

作者：代如亮大连海事大学

学位级别：硕士

随着船舶向大型化、高速化、专用化发展,海上运输和河运交通变得同益繁忙和拥挤,在港口内发生碰撞、触底等海难事故的危险性也大大增加,使得人们对船舶操纵性要求相对提高。舵控制船舶的能力一直是业内人士所密切关注的问题之一,船舶在... 详细信息

随着船舶向大型化、高速化、专用化发展,海上运输和河运交通变得同益繁忙和拥挤,在港口内发生碰撞、触底等海难事故的危险性也大大增加,使得人们对船舶操纵性要求相对提高。舵控制船舶的能力一直是业内人士所密切关注的问题之一,船舶在港内航行时往往船速较低,水域受限,在某一船速下,如果不转动螺旋桨船舶将很快失去舵效,该失去舵效的航速过去大多是依靠实船试验获得的,理论上研究较少,而关于港内停车淌航时船舶舵效的仿真预报研究就更少了,因此研究船舶的舵效问题具有重大现实意义。鉴于此,本文采用MMG建模的思想,在对前人提出的常速域数学模型和浅水、低速、大漂角数学模型研究的基础上,并考虑到船舶运动的连续性,采用了将两种数学模型相结合的方法,建立了低速域大漂角并兼顾小漂角的船舶运动数学模型。即在建立运动数模时,小漂角(小于20度)采用贵岛模型,大漂角(大于30)采用芳村模型,漂角在两者之间是采用两个模型的内插。考虑浅水影响时采用了芳村的研究结果。本文利用MATAB语言开发了操纵运动仿真平台,在实船实验结果验证了本模型正确性的基础上,对三种典型船型在港内停车淌航4分钟、舵角为满舵时各自的航向变化量和航向变化率进行了仿真,在对仿真结果进行比较后,定量分析了各种因素对舵效的影响。而关于三种典型船舶在停车淌航时有舵效的最低速度问题,则向几十位船舶驾驶人员(船长或大副)进行了现场咨询,综合他们的意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,运用本文数学模型进行的仿真结果与之进行比较和分析,发现二者的结果总体上相吻合,从而可得出具有实际意义的结论,为驾引人员在实际工作中提供了参考。

关键词：船舶运动数学模型仿真舵效有舵效的最低速度

高舵效船艉型线设计及配舵水动力性能模拟研究

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高舵效船艉型线设计及配舵水动力性能模拟研究

作者：胡步洋江苏科技大学

学位级别：硕士

一直以来,保持或改变船舶航向的舵,作为船体舾装件,在船舶设计中几乎不会作为主要考虑因素。但随着船舶运输业的不断发展,各种新船型的不断问世,船舶的操纵性能日渐得到重视,如何提升舵效已成为人们思考和研究的主要领域之一。但在根据... 详细信息

一直以来,保持或改变船舶航向的舵,作为船体舾装件,在船舶设计中几乎不会作为主要考虑因素。但随着船舶运输业的不断发展,各种新船型的不断问世,船舶的操纵性能日渐得到重视,如何提升舵效已成为人们思考和研究的主要领域之一。但在根据水动力学原理,通过改造船艉设计以提升舵效研究方面,却鲜有涉猎。本研究基于水动力学原理,利用机翼的翼端固壁效应,通过对船艉型线和配舵进行设计改造,使船舶的舵效得以提高。并将其应用于某散货船后的配舵水动力性能进行了模拟研究,为舵效提升研究领域提供了有价值的参考。具体内容如下:(1)利用机翼翼端固壁效应,选用NACA0015翼型进行模拟计算,获取展弦比增大引起的敞水舵水动力性能变化数据。本研究选用船舵常用剖面型NACA0015翼型进行建模,获取展弦比增大引起的敞水舵水动力性能变化数据。首先通过计算NACA0015翼型模型在恒定流场中的升阻力系数,确定Fine-marine软件模拟计算的可靠性;其次,通过对NACA0015翼型模型增加翼端固壁,探究因镜像原理而等效增加展弦比后的机翼的流体动力性能,在得到添加翼端固壁的机翼的相关流体动力性能数据后,与原机翼的流体动力性能进行对比;最后,在验证翼端固壁对升力提升有效性的同时,获得机翼的升阻力系数参数变化量,作为后续研究中的比对参数。(2)进行高舵效船艉型线设计改造,以56000T散货船作为母型船进行建模。根据添加翼端固壁对机翼升力及阻力等性能研究得出的升阻力系数参数,提出通过对船艉型线进行调整而提升舵效的一种新的船艉型线设计改造方法。此原理等同于将船艉底部当做固壁,对船艉底部型线做出调整,在不较大改变船艉型线结构的基础上,船体和配舵能有良好的空间配合,最终确保在工作角度内配舵的上端面可以和船艉底部紧贴或缝隙较小。根据新的船艉型线设计改造方法,选用某56000T散货船作为母型船进行船体改造,并对母型船和改造后新型船进行建模。(3)进行实际应用模拟计算,验证新的船艉型线设计方案的有效性和可行性。分别对56000T母型船和改造后新型船的配舵性能进行不同舵角、不同航速、不同流场中的模拟计算,得到其配舵相关的水动力数据。同时利用计算得到的舵叶面压力分布图和流场图,得到压力分布参数和流体流动参数。根据升力阻力的变化数据,得到升阻力系数的变化规律,进而得到船体伴流、攻角、航速、流场条件对配舵水动力性能的影响程度。综合以上模拟计算结果,验证改造后船舶的高舵效性以及船艉改造设计方法的有效性和可行性。

关键词：船艉设计水动力计算 CFD 翼端固壁舵效

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浅水对低速船舶舵效影响的研究

浅水对低速船舶舵效影响的研究

作者：何舒大连海事大学

学位级别：硕士

随着船舶向大型化、专用化、高速化方向的发展,海上交通运输和内河交通运输变得日益繁忙,通航水域也越来越拥挤。在港口等水域,碰撞、搁浅、触底等海上事故时常发生,事故的发生是由多方面因素造成的,驾引人员对船舶操纵性的重视程度不... 详细信息

随着船舶向大型化、专用化、高速化方向的发展,海上交通运输和内河交通运输变得日益繁忙,通航水域也越来越拥挤。在港口等水域,碰撞、搁浅、触底等海上事故时常发生,事故的发生是由多方面因素造成的,驾引人员对船舶操纵性的重视程度不够是其中之一。通过舵控制船舶的能力长期以来是航运界人士密切关注的问题之一。船舶在浅水域航行时往往船速较低,水域受到限制,在某一特定的船速情况下,螺旋桨如果不转动,船舶失去舵效,而该失去舵效的航速大多是通过实船试验获取,理论上的研究相对来说比较少,关于浅水域时船舶舵效的仿真预报的相关研究就显得更少了,因此研究浅水域船舶的舵效问题具有极其重要的现实意义。鉴于以上原因,本文采用了MMG建模的思想,在对以前研究者提出的浅水、低速和大漂角等数学模型研究的基础上,同时兼顾到船舶运动的连续性,结合两种数学模型,建立了浅水域大漂角并考虑小漂角的船舶运动数学模型。即在建立船舶运动数学模型时,小漂角(小于20°)采用的是贵岛模型,大漂角(大于30°)采用的是芳村模型,漂角度数在两者之间则采用两个模型的内插,并将芳村的研究结果运用到了浅水影响。本文在上述模型的基础上,借助MATLAB语言完成了操纵运动仿真程序,同时在不考虑风流对船舶产生干扰力的前提条件下,运用实船实验的数据验证本模型正确性,对‘'EXPRESS"轮在不同水深、不同船速和不同载态情况下的运动状态进行了仿真,经过对仿真结果进行反复分析比较后,得出了具有较有实际意义的结论,为船员们在实际工作中提供了借鉴和参考。

关键词：浅水低速船舶舵效

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舵效失灵,谁在作怪?

中国船检 2021年第3期 89-91页

作者：李磊中国船级社

某轮航行途中,不慎丢失2/3舵叶,致使舵效大大降低甚至失效,差点酿成重大事故。船舶进坞后对舵叶进行了详细勘察,分析了舵叶丢失的直接原因和间接原因,制定了相应修理措施。当天,当船长下令向右转向时,发现失去舵效,航向无法控制。船首... 详细信息

某轮航行途中,不慎丢失2/3舵叶,致使舵效大大降低甚至失效,差点酿成重大事故。船舶进坞后对舵叶进行了详细勘察,分析了舵叶丢失的直接原因和间接原因,制定了相应修理措施。当天,当船长下令向右转向时,发现失去舵效,航向无法控制。船首开始向左旋转,并逐渐加速旋转,船舶位置大幅度向左偏离,操舵至右满舵也没有效果;发现舵效失灵后,船长立即采取慢车航行,并通知轮机长对舵系统进行检查,同时命令三副带领相关人员到舵机间待命,水手长、木匠等到船首备双锚,开启船舶失控灯,告知附近船舶规避,防止碰撞事件发生。

关键词：舵叶防止碰撞修理措施轮机长船舶失控操舵舵效船长