基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究硕士研究生：黄溟深指导教师：刘志林副教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：孟浩教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于T型翼和压浪板的高速船虚拟仿真系统研究硕士研究生：黄溟深指导教师：刘志林副教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C

2、:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonVirtualSimulationSystemofHighSpeedShipbasedonT-foilandFlapsCandidate:HuangMingshenSupervisor:AssociateProf.ZhilinLiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Ja

3、n,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日

4、期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12

5、个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于T型翼压浪板的高速船虚拟仿真系统研究摘要当三体船高速航行时，由于三体船结构特殊，所产生的横摇很小，不影响三体船的正常航行。但产生的纵摇会直接影响到航行的速度、舰载人员舒适感和船体的稳定性。T型翼、压浪板是近些年来出现的新型减摇设备，并且三体船船艏底部平滑，适配T型翼不会影响三体船结构特点。本文对带有T型翼、压浪板的三体船进行纵向运动分析。本文针对三体船进行了结构分析，首先建立惯性坐标系，以及随三体船运动的

6、随动坐标系。在此坐标系下对三体船进行受力分析，三体船在航行中应在6个自由度下运动，由于横向运动对三体船的影响并不明显。本文仅在纵向运动上建立了三体船的数学模型，得到所受到的升力、升力距与海浪以及船体自身结构的关系。并根据实船模型，利用CFD仿真与遗传算法得到三体船纵向运动的状态空间方程，推导出传递函数。这有助于加深对三体船模型的认识，可以明了的看出波浪等对三体船升沉、纵摇的影响。在建立了三体船的数学模型后、得到了实船的传递函数后，在实船上装配T型翼、压浪板，进行分析。还是在纵向上对其进行分析，得到了装配T型翼、压浪

7、板的三体船纵向运动方程。根据此方程设计控制器，控制T型翼、压浪板变化角度，从而减摇三体船升沉、纵摇。由于T型翼、压浪板相互耦合，对三体船的升沉、纵摇同时有作用效果，因此必须对其进行解耦计算。以纵摇最终全部作用在T型翼上，升沉全部作用在压浪板上为基本原则，对系统进行解耦。解耦完成后，利用LQR控制算法，针对此系统设计解耦反馈控制器。最终，验证了T型翼、压浪板减少三体船升沉纵摇的可行性。为了验证设计的控制器是否可以有效的减少三体船纵摇，需要对其进行验证。由于实艇成本过高，一旦出错会大大增加开发成本。因此，首先利用虚拟仿

8、真的方式进行验证。本文利用VegaPrime与MFC相结合的方式，开发了三体船视景仿真系统。开发虚拟仿真系统，首先要绘制三体船的三维模型。本文利用3DMAX2013与Creator软件相结合的方式，1:1的绘制了三体船、T型翼、压浪板的三维模型，利用Creator自带的阴影、配色、光线等功能对三体船进行渲染，达到拟真效果。根据T型翼、压浪板运动方式设置DOF