氣墊船安全航行協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究.pdf

1、全墊升氣墊船是以靜態(tài)空氣壓力支撐的一類(lèi)高性能船舶,它通過(guò)墊升系統(tǒng)將船體托起,由安裝在尾部的大功率螺旋槳提供推力,通過(guò)垂直空氣舵實(shí)現(xiàn)對(duì)氣墊船的操縱。全墊升氣墊船在運(yùn)行時(shí)通過(guò)墊升風(fēng)機(jī)向船體氣道與圍裙氣墊內(nèi)供氣,將船完全脫離水面,從而獲得高速運(yùn)行于水面或陸地的兩棲性。
　　氣墊船的水動(dòng)阻力相對(duì)水面船較小,航行時(shí)受風(fēng)浪干擾影響很大。存在“高速易埋首,低速易翻船”的現(xiàn)象。在高速航行時(shí),如果有順風(fēng)作用,在空氣動(dòng)力作用下容易導(dǎo)致船低頭從而造成埋

2、首現(xiàn)象;如果打較大舵角進(jìn)行回轉(zhuǎn),容易出現(xiàn)高速甩尾現(xiàn)象。低速航行時(shí),由于偏航阻尼較小且外部氣動(dòng)力提供的向心力不夠,容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)向時(shí)伴隨嚴(yán)重側(cè)滑,氣墊船的這些特性決定它的安全性較差,不易操縱。目前國(guó)內(nèi)的氣墊船還主要依靠人工操縱,在行駛時(shí)駕駛員的壓力很大,工作繁重,很容易出現(xiàn)操作失誤。沿海掃雷、反潛、進(jìn)出港口和船塢等任務(wù)時(shí),對(duì)操作精度要求很高,人工操作是無(wú)法準(zhǔn)確完成的。而航行安全是氣墊船完成操作和功能的保障,因此為了減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān),提高運(yùn)

3、動(dòng)的安全性,改善操控水平,對(duì)全墊升氣墊船運(yùn)動(dòng)控制和安全航行的研究都是很有必要的。
　　本文主要研究了氣墊船安全航行控制問(wèn)題,對(duì)某型氣墊船進(jìn)行建模并對(duì)其航行穩(wěn)定性進(jìn)行分析,最后對(duì)空氣舵與旋轉(zhuǎn)噴管的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了研究。具體內(nèi)容如下:
　　首先,建立了全墊升氣墊船六自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。對(duì)氣墊船所受各個(gè)阻力分別建模,包括空氣動(dòng)力模型、水動(dòng)力模型、氣墊動(dòng)力模型等;對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱特性進(jìn)行分析,包括旋轉(zhuǎn)噴管、螺旋槳、空氣舵、側(cè)風(fēng)門(mén)等,完

4、成了整個(gè)運(yùn)動(dòng)模型的建立,并進(jìn)行仿真試驗(yàn)來(lái)對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　其次,對(duì)變結(jié)構(gòu)控制理論進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)航向滑?？刂破鱽?lái)解決氣墊船的航向控制問(wèn)題。根據(jù)常用削弱變結(jié)構(gòu)控制抖振的策略,研究與反步法結(jié)合的變結(jié)構(gòu)控制方法,對(duì)所設(shè)計(jì)的航向控制器進(jìn)行改進(jìn)。并在不同擾動(dòng)風(fēng)作用下進(jìn)行了仿真對(duì)比驗(yàn)證。
　　接著,對(duì)氣墊船的安全航行進(jìn)行研究,建立航行過(guò)程中氣墊船參數(shù)的安全限界。根據(jù)穩(wěn)定性要求,對(duì)航向控制的需求進(jìn)行分析,著重研究了氣墊船的橫向穩(wěn)定性