航速損失最小的船舶減搖控制策略研究.pdf

1、船舶在風浪中航行，由于海洋擾動作用必然會產(chǎn)生大幅值搖擺運動，其中橫搖運動對水面船舶的任務工作影響最為劇烈，在船舶大幅運動的同時，使得航行阻力增加，可達到靜水阻力的20-40％，消耗主機推進功率進而引起航速下降。隨著全球變暖和能源危機日益加劇，對節(jié)能減排和能量消耗的要求也與日俱增。由于國際上已經(jīng)出臺關于運輸業(yè)能源清潔度方面的法規(guī)，造船和航運業(yè)為提高其競爭力，已將航速損失和不同海況下的高額燃料消耗問題作為主要問題攻克。
　　本研究根據(jù)

2、牛頓定律分析船舶水平面三自由度非線性耦合運動方程，利用隨機海浪理論建立海浪時域和頻域干擾模型，并分析對比PM譜和ITTC雙參數(shù)譜，建立水平面3-DOF運動仿真平臺。闡述基于減搖鰭和自動舵的船舶橫搖減搖原理，最后給出實際應用的船舶線性化橫搖模型。從壓力積分法計算二階波浪力的原理入手，根據(jù)勢流理論建立船舶橫搖運動波浪增阻模型。利用海洋工程軟件ANSYS-AQWA針對60系列船型計算不同遭遇情況下的船舶運動姿態(tài)和二階波浪力，并以此數(shù)據(jù)為基準，

3、校正模型參數(shù)并驗證模型的可行性。分析船舶橫搖運動姿態(tài)與波浪增阻在各時間點的代數(shù)關系，研究使阻力增加程度最小化的橫搖角（最優(yōu)橫搖角），采用帶有約束的廣義預測控制方法設計帶有航行阻力最小化的船舶減搖鰭控制系統(tǒng)。結果表明，該種系統(tǒng)與傳統(tǒng)減搖控制相比在減搖效果差別不大的前提下能夠更有效的減少阻力增加。分析船舶靜水阻力的各種組成部分，研究實用的靜水阻力估算方法?；跀U展輻射能量法，分析斜浪下船舶五自由度運動姿態(tài)引起波浪增阻的決定性因素。給出波浪中

4、航速損失的計算方法，并著重分析有義波高、遭遇周期等海洋環(huán)境因素對船舶橫搖運動作用下航速損失的影響。提出航速損失的評價指標，依據(jù)減搖鰭翼面的非線性升力特性，設計帶有航速損失約束的雙重非線性廣義最小方差減搖鰭控制系統(tǒng)。仿真表明，控制器性能良好且結構簡單容易實現(xiàn)，考慮惡劣海況船長主動降速航行，航速基本能夠維持在設定航速附近。研究船舶艏搖轉向運動引起靜水阻力增加的機理，找到5-DOF運動姿態(tài)引起航速下降的關鍵因素?；趯Σɡ嗽鲎韬挽o水阻力的研究