Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的設(shè)計(jì)及其控制特性研究.pdf

1、Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置是一種新型的船舶減搖裝置，在低航速甚至零航速下具有很好的減搖效果。另外，Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置還具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，因此，該裝置在船舶減搖方面具有很好的應(yīng)用前景。目前將Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置應(yīng)用于實(shí)踐的主要是國(guó)外幾家公司，國(guó)內(nèi)對(duì)Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的研究還屬空白。因此，開(kāi)展對(duì)Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的水動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制特性的研究具有十分重要而深遠(yuǎn)的

2、意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容為：對(duì)Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的減搖原理進(jìn)行理論分析，并對(duì)該裝置進(jìn)行水動(dòng)力數(shù)值仿真，分析影響水動(dòng)力的因素，建立系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析與校正，仿真并分析整個(gè)系統(tǒng)的控制特性。
　　本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外一些應(yīng)用廣泛的減搖裝置進(jìn)行了減搖原理及減搖效果分析，介紹了Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的國(guó)外研究現(xiàn)狀，分析了 Magnus效應(yīng)原理，對(duì)其產(chǎn)生升力和阻力的機(jī)理進(jìn)行了理論推導(dǎo)，討論了Magnus旋轉(zhuǎn)式減

3、搖裝置的水動(dòng)力特性。其次，利用流體力學(xué)軟件對(duì)Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置進(jìn)行了建模以及水動(dòng)力數(shù)值仿真，根據(jù)仿真結(jié)果分析雷諾數(shù)、轉(zhuǎn)速、航速以及轉(zhuǎn)速比對(duì)升力特性、阻力特性以及升阻比的影響，著重討論了航速固定時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置升力的影響及其變化規(guī)律。根據(jù)船舶的海浪擾動(dòng)、橫搖運(yùn)動(dòng)、隨動(dòng)系統(tǒng)以及減搖裝置分別構(gòu)建各部分的數(shù)學(xué)模型。最后，根據(jù)美國(guó)Quantum公司推出的Maglift型“Magnus效應(yīng)回轉(zhuǎn)軸”減搖裝置的其中一種類型，

4、給出了與之相適應(yīng)的目標(biāo)船的船體參數(shù)和相匹配的Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置的參數(shù)；分析了Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置減搖控制系統(tǒng)各部分的構(gòu)成，確定了隨動(dòng)系統(tǒng)各元件的參數(shù)，并對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的的控制性能進(jìn)行了分析與校正；最后根據(jù)已推導(dǎo)建立的系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink中搭建Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置減搖系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)不同航速，不同海況和遭遇角下Magnus旋轉(zhuǎn)式減搖裝置減搖效果進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，該減搖控制