船舶U型减摇水舱控制系统设计及实验研究

论文摘要

减摇水舱是应用最广泛的减摇装置之一，在各种航速下都能减少船舶的横摇运动，并且能够在一定的控制下，减少船舶横倾，进行破冰作业及进行倾斜试验，现今装船的减摇水舱装置，无论是被动式或是可控被动式减摇水舱，大多都是U型减摇水舱，U型减摇水舱设计方便，易于控制，并且只要结构设计良好，就可以起到很好的减摇效果。 本课题来源于哈尔滨工程大学“211”重点建设项目“船舶减摇水舱试验装置”，对U型减摇水舱的优化设计、水舱对船舶稳性的影响、控制系统设计及水舱试验进行了一定的研究。 本文在查阅大量国内外资料的基础上，综述了减摇水舱的国内外发展和研究现状，确定了本文的研究方向。 通过对“船舶-减摇水舱”系统的受力进行分析，建立了“船舶-减摇水舱”系统数学模型，并在此基础上，设计仿真方法，对减摇水舱优化设计方法、水舱对船舶稳性的影响及相关方面进行了研究。 针对可控被动式减摇水舱，进行了一定的分析，并进行了仿真，在此基础上讨论可控被动式减摇水舱的控制方法，综合国内外相关产品的资料，结合以往的经验，设计了减摇水舱系统的控制器，包括硬件结构及软件设计。 对于减摇水舱的设计，试验是最重要的一环，首先，根据流体相似，设计减摇水舱的模型，然后讨论了减摇水舱试验台架的原理及功能，设计了减摇水舱试验监控系统，研究了减摇水舱的自由振荡试验、强制振荡试验及全模拟试验的方法及相关数据处理方法。 最后进行减摇水舱试验，包括水舱的自由振荡试验、强制振荡试验，分析了不同阻尼结构对减摇水舱特性的影响，为以后减摇水舱的工程化设计打下了基础。

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、意义和目的
• 1.2 国内外减摇水舱的发展和研究状况
• 1.2.1 国内外减摇水舱的发展
• 1.2.2 减摇水舱理论和试验研究
• 1.2.3 减摇水舱控制系统
• 1.3 减摇水舱减摇机理
• 1.3.1 减摇原理
• 1.3.2 被动式减摇水舱减舱工作机理
• 1.3.3 可控被动式减摇水舱的工作机理
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 船舶-减摇水舱系统数学模型
• 2.1 船舶-减摇水舱系统模型结构
• 2.2 海浪运动模型
• 2.2.1 规则波
• 2.2.2 海浪谱
• 2.2.3 波倾角
• 2.2.4 不规则海浪模拟
• 2.3 船舶横摇运动模型
• 2.3.1 船舶横摇模型
• 2.3.2 船舶横摇相关参数求解
• 2.4 船舶-减摇水舱模型
• 2.4.1 船舶-减摇水舱系统受力分析
• 2.4.2 被动式船舶-减摇水舱系统数学模型
• 2.4.3 可控被动式减摇水舱数学模型
• 2.5 减摇效果的评定
• 2.5.1 减摇能力
• 2.5.2 减摇效率
• 2.6 本章小节
• 第3章 船舶-减摇水舱系统仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 仿真方法
• 3.3 船舶-减摇水舱系统仿真分析
• 3.3.1 船舶基本结构参数
• 3.3.2 规则波情况下仿真研究
• 3.3.3 随机海浪不规则波情况下的仿真研究
• 3.3.4 航行状态对减摇效果的影响
• 3.3.5 结构参数对减摇效果的影响
• 3.3.6 可控被动式减摇水舱仿真分析
• 3.3.7 考虑非线性参数因素船舶横摇运动
• 3.3.8 船舶-减摇水舱系统实景仿真
• 3.4 减摇水舱对船舶稳性的影响
• 3.5 减摇水舱结构优化设计
• 3.5.1 减摇水舱固有周期的选取
• 3.5.2 设计过程中的一些应注意的问题
• 3.5.3 设计准则
• 3.5.4 减摇水舱结构设计过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 减摇水舱控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 减摇水舱系统控制方法研究
• 4.2.1 减摇水舱控制状态选择
• 4.2.2 减摇水舱控制策略研究
• 4.3 控制器硬件系统设计
• 4.3.1 减摇水舱控制器
• 4.3.2 硬件系统组成
• 4.4 控制器软件系统设计
• 4.4.1 控制器程序软件
• 4.4.2 Isagraf软件编写控制程序
• 4.4.3 人机界面设计
• 4.5 气动系统设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 减摇水舱模型设计及试验方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 减摇水舱模型设计
• 5.2.1 流体流动相似理论
• 5.2.2 减摇水舱模型设计
• 5.2.3 减摇水舱阻尼分析
• 5.3 减摇水舱试验摇摆台系统
• 5.3.1 摇摆台基本功能
• 5.3.2 减摇水舱试验台架控制系统
• 5.4 减摇水舱模型监控系统
• 5.4.1 硬件系统组成
• 5.4.2 软件系统设计
• 5.5 减摇水舱模型台架试验方法
• 5.5.1 全模拟方式试验原理
• 5.5.2 减摇水舱的自由振荡试验
• 5.5.3 减摇水舱的强制振荡试验
• 5.6 本章小结
• 第6章 减摇水舱系统试验
• 6.1 引言
• 6.2 减摇水舱自由振荡试验
• 6.2.1 试验方法
• 6.2.2 试验数据及其处理
• 6.3 减摇水舱强制震荡试验研究
• 6.3.1 横摇幅值相同，周期不同强制振荡
• 6.3.2 横摇幅值不同，周期相同强制振荡
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历