自控船模的研制.pdf

1、本論文在傳統(tǒng)自由自航模型基礎(chǔ)上增加了運(yùn)動姿態(tài)的自動化控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的采集與存儲系統(tǒng)，從而提出了“自控船?！保ˋutomatic-controlled Research Model of Ships，ARMS）這樣一種概念，并以其開發(fā)作為論文的主要研究內(nèi)容。 目前，進(jìn)行船舶航行性能的研究分為理論手段與實驗手段。理論手段結(jié)果是否可靠，需要實驗結(jié)果進(jìn)行驗證。實驗的開展往往需要理論作為指導(dǎo)。實驗分為實船實驗與縮尺比例實驗（模型實驗）。傳

2、統(tǒng)的模型實驗按類型可分為：拖曳阻力實驗、螺旋槳實驗、操縱性自由自航實驗及約束模實驗等。其中，螺旋槳實驗包括敞水實驗、船模自航實驗，結(jié)合阻力實驗的結(jié)果完成船舶推進(jìn)性能的分析；約束模實驗測量船舶水動力導(dǎo)數(shù)。目前，操縱性實驗研究中的熱點之一是采用系統(tǒng)辨識的理論對船舶自由自航實驗或?qū)嵈瑢嶒灲Y(jié)果進(jìn)行分析，可以得到其水動力導(dǎo)數(shù)的數(shù)值。筆者通過研究發(fā)現(xiàn)，該理論應(yīng)用于推進(jìn)問題的研究同樣可行，即通過模型自由航行實驗進(jìn)行分析，可以得到螺旋槳水動力系數(shù)。進(jìn)一

3、步的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的自由自航模型系統(tǒng)無法滿足實驗及理論分析的需要。為此，筆者將運(yùn)動的自動化控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)加裝到傳統(tǒng)的自航模上，從而形成了一種新型的實驗系統(tǒng)，即自控船模。 筆者開發(fā)了兩型自控船模系統(tǒng)，分別是ARMS-Ⅰ型與ARMS-Ⅱ型。包括推進(jìn)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。船型分別是高速單體船與三體船。完成了船體部分、軸系、舵系的設(shè)計與加工，PLC及PAC的選購、主機(jī)的選型與采購、螺旋槳及舵的設(shè)計、自航實驗

4、的設(shè)計、運(yùn)動控制程序與數(shù)據(jù)采集程序的編寫。 Ⅱ型相比Ⅰ型，主要在推進(jìn)與操縱系統(tǒng)上進(jìn)行了改進(jìn)與深化研究。Ⅱ型完善了模型船體部分的加工工藝，同時各系統(tǒng)的模塊化工作進(jìn)行的更加徹底，方便系統(tǒng)從一個船體移植到另一個船體。運(yùn)動控制系統(tǒng)核心模塊與操縱系統(tǒng)核心模塊安置于一個單元之內(nèi)，該單元擁有抗沉性，即使模型發(fā)生傾覆，昂貴的設(shè)備也不會損失。 進(jìn)行了推進(jìn)性能試驗與操縱性能試驗，包括靜水阻力試驗、自由直線自航試驗與連續(xù)回轉(zhuǎn)試驗。并采用系統(tǒng)辯

5、識的手段對實驗結(jié)果進(jìn)行處理，得到了KT-V/nd關(guān)系曲線。 試驗表明了自控船模系統(tǒng)，既可以高效率完成傳統(tǒng)自由自航模型試驗，又可以完成設(shè)計的新型實驗，與系統(tǒng)辨識手段結(jié)合，可以對船舶綜合航行性能展開研究。 該系統(tǒng)能夠在不進(jìn)行約束模型試驗情況下得到操縱性方程水動力導(dǎo)數(shù)，可以在不進(jìn)行螺旋槳敞水試驗的情況下得到其水動力參數(shù)，因此，有別于任何傳統(tǒng)的流體性能實驗手段，是一種全新的實驗系統(tǒng)，在水動力研究中擁有著良好的應(yīng)用前景與發(fā)展?jié)摿Α?/p>