大型舰船在补给过程中的操纵性

论文摘要

海上补给作为海军战斗力和生存力的保障,各国海军对其极为重视,纷纷把海上补给放到建设强大海军的重要地位。而补给过程中的航行安全性及航向控制性则是海上补给能否顺利进行的关键,因此该领域正成为研究的热点。本文利用分离型建模思想建立了船舶操纵性运动模型。建模时,分别考虑了作用在船体,桨,舵上的力和力矩。利用模型实验得出的部分水动力值,代入四自由度的MMG方程中,用龙格库塔法对操纵运动的数学模型求解,分析了接收船的定常回转、Z型操舵、横倾角变化及横倾过程中的速降四种典型操纵运动,从而实现船舶的运动仿真。仿真结果表明,所建立的操纵仿真模型可以作为后续分析的基础模型。在实现船舶操纵运动仿真的基础上,考虑补给时接收舰与补给舰之间的相互水动力干扰,并分别考虑了在不同补给间距、不同航速下的水动力干扰;此外,利用弹性力学原理计算海上横向补给过程中高架索道接收端的张力。在综合考虑了两舰相互水动力干扰、补给索张力及接收舰自身所受的水动力之后,通过建立数学模型,分析海上横向补给时接收船的安全性问题和最小安全补给间距,为舰船海上横向补给间距、航速的优选提供一定的技术指导。在上述分析的基础上,本文采用经典的PID自动舵控制理论,计算出K p、K d、K i系数,并对其进行微调,分别得出18节航速时接收舰两种补给状态、四个补给间距下的舵角和航向角相互关系曲线。结果表明,在静水条件下,利用经典的PID自动舵控制方法控制补给过程中的接收舰是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 船舶操纵运动数学模型的研究现状
• 1.2.2 船舶操纵控制技术的发展及现状
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 操纵运动方程数学模型的建立
• 2.1 MMG 操纵运动方程
• 2.1.1 坐标系
• 2.1.2 坐标系转换
• 2.1.3 MMG 模型基本形式
• 2.2 作用于裸体船上的流体动力及力矩计算模型
• 2.2.1 惯性类流体动力及力矩模型
• 2.2.2 横摇惯性矩及附加惯性矩的计算
• 2.3 船体上粘性流体动力和力矩
• 2.3.1 纵向流体动力XH 的计算
• 2.3.2 横向流体动力YH 及NH 的计算
• 2.3.3 横向转动力矩LH 的计算
• 2.3.4 兴波阻力
• 2.3.5 螺旋桨推力、扭矩及主机特性模型
• 2.3.6 舵力、力矩及舵机特性计算模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 计算机仿真实现与计算模型的验证
• 3.1 运动方程的算法
• 3.2 计算机仿真实现
• 3.3 接收舰船型信息
• 3.4 仿真计算结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 海上横向补给最小安全间距的确定
• 4.1 横向补给中高架索的承载索拉力计算
• 4.2 平行航行中船舶之间相互作用的流体动力和力矩
• 4.3 最小安全补给间距的确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 接收舰在补给过程中的航向控制稳定性
• 5.1 船舶航向控制原理
• 5.2 船舶操纵特性
• 5.3 船舶操舵系统
• 5.4 船舶的控制稳定性
• 5.4.1 船舶的控制稳定性
• 5.4.2 PD 型航向自动舵设计
• 5.4.3 PID 型航向自动舵设计
• 5.4.4 接收舰航向控制仿真结果及分析
• 5.5 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