船体海上减摇设计的研究

本研究涉及一种减摇船舱内的液体控制的创新方案,特别是涉及这样一种船舶减摇装的控制设计,该控制设计可自动地控制减摇水仓的固有周期的改变和液体流动,以预先防止当渔船风平浪静而基本上不摇动时、急转舵时、及处于顺风波状态时水柜内的液体成为在不作为减摇船舱有效地工作的状态下产生的浮动水而对船的回复力产生不良影响的相反效果。     

“育鲲”轮测试数据处理及横摇建模的验证

为了处理船舶的实测数据并建立"育鲲"轮的横摇响应型数学模型,对7艘船舶进行了15°和25°旋回仿真,得到了14组船舶横摇角仿真测试数据.通过与真值的对比分析,在验证了各种滤波的数据处理方法的精度后,将精度较高的复合滤波方法应用于"育鲲"轮实船测试数据的处理上.结合理论讨论,计算出了"育鲲轮"的横摇指数.最后给出了"育鲲"轮的横摇响应型数学模型,本模型结构简单、便于分析.     

采用电磁分支电路阻尼吸振器的游艇减揺技术

游艇横摇严重影响船舶的稳定性和安全性,同时也降低了乘坐的舒适性,因此对船体进行减摇控制历来受到设计与研究人员的广泛关注。传统的减摇方式如减摇鳍等难以在复杂的航行条件下得到满意的稳定控制效果。本文尝试将电磁分支电路阻尼动力吸振器应用于游艇的减摇控制中,以改进船舶的稳定性与安全性。建立了游艇与电磁分支电路阻尼吸振器的耦合动力学模型,采用微粒群优化算法对电磁分支电路阻尼吸振器的工作参数进行了优化设计。基于优化得到的参数进行了游艇减摇仿真分析,结果表明电磁分支电路阻尼吸振器能够获得较好的减摇效果。     

高速船减阻减摇艏艉鳍的试验研究

采用试验研究的办法，探讨了减阻减摇艏艉水鳍在傅氏数Fr＝0．5－0．9的范围内圆舭快艇上应用的规律性问题，通过对某型舰艇模型的试验研究表明：Fr＝0．5－0．9的圆舭快艇模型总阻力可减小5％－15％，且在波浪中的适航性有明显的改善。     

深V型滑行艇横摇阻尼的实验确定

对深V型滑行艇模型进行了静水横摇衰减实验和零速正横浪规则波中横摇运动实验，讨论了在处理试验数据时所面临的一些问题；采用分段最小二乘拟合法对静水横摇衰减实验曲线进行光顺，用峰值处理法计算不同横摇角时的横摇阻尼，并进行多项式回归得到深V型滑行艇横摇阻尼公式．     

保吸引子的扰动抑制及其在舵减摇中的应用

针对一类受到持续扰动的系统,提出了保吸引子扰动抑制的概念。结合反步设计、Barbalat引理和Lyapunov分析方法,给出一个二次矩阵不等式条件,为这类系统设计了标量自适应鲁棒控制律,将受控系统的状态抑制在一个有界的吸引子内。这个二次矩阵不等式被转化为易于求解的线性矩阵不等式。并进一步利用线性矩阵不等式给出使吸引子最小化的判据,从而使扰动抑制进一步优化。作为应用,该文首先分析某型渔政船在随机斜浪中的横摇运动,然后将设计的扰动抑制控制律作为操舵力矩,运用于渔政船的横摇控制,并通过数值仿真验证了保吸引子舵减摇的效果。     

船舶零航速Weis-Fogh减摇鳍升力仿真研究

船舶减摇鳍在零航速时进行减摇是一种全新的理论。为了研究船舶零航速减摇鳍的升力特性，以Weis—Fogh理论为基础，建立了零航速减摇鳍升力模型，并针对哈尔滨工程大学研制的NJ5型减摇鳍对二维升力模型，在Matlab环境下进行了各种运动规律的仿真实验，结果证明，Weis—Fogh机构减摇鳍在零速流场中能够瞬间产生很大的升力，为以后进一步进行水动力试验以及控制规律的研究打下了基础。     

横浪中船舶的随机混沌运动

采用概率密度函数和数值模拟的方法研究随机横浪中船舶的混沌运动特性和发生混沌运动的临界参数条件。综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩以及白噪声横浪激励,建立了船舶的横摇非线性随机微分方程。用随机Melnikov均方准则确定混沌运动的系统参数域后,应用路径积分法求解随机微分方程得到了响应的概率密度函数。研究发现:当噪声强度大于混沌临界值时,船舶出现随机混沌运动;对于高的白噪声激励强度,系统响应有两种较大可能的状态并在这两个状态间随机跳跃,这时船舶的运动不稳定并可能发生倾覆。     

溶胶-凝胶法制备宽带减反膜

为了克服单层减反射膜剩余反射高，色彩还原性能差的缺点，需要制备宽带减反膜。纳米多孔SiO2薄膜可以实现很好的宽带减反效果。本文用光学薄膜设计程序模拟了光学参数的变化对薄膜光学性能的影响，优化了薄膜的光学参数。实验上通过酸碱两步法和溶胶-凝胶技术制备了折射率梯度的纳米多孔SiO2宽带减反膜。采用椭偏仪、FE-SEM、紫外-可见分光光度计等方法研究薄膜的光学特性和表面形貌。结果表明实验制备的SiO2薄膜具有可控的纳米多孔结构，折射率在1．18～1．43之间可连续调节。形成的宽带减反膜在可见光区域的平均反射率仅为0．44％。     

减摇鳍模糊免疫自适应PID控制器设计及仿真研究

针对船舶横摇的非线性模型，利用免疫反馈机理，设计了一种减摇鳍模糊免疫自适应PID控制器。控制器将模糊控制与PID控制相结合，采用Fuzzy推理，对非线性函数进行模糊逼近，用模糊免疫P调节器实时整定PID控制器的比例增益，采用常规模糊控制器在线调整免疫PID控制器的积分时间常数和微分时间常数。通过对船舶减摇鳍控制系统的仿真，可以看出采用模糊免疫自适应PID控制器其控制效果远优于常规PID控制器，使减摇鳍的减摇效果得到显著提高。     

Freezing time of a slab using the method of lines

A one-dimensional mathematical model has been developed to solve the heat conduction equation and simulate the freezing process for a slab. The mathematical model was solved using finite differences and the method of lines (MOL).In MOL, spatial derivatives are discretized by finite differences, and the resulting system in time is integrated using an appropriate solver. Several sets of thermal properties were selected to simulate the process. Predicted freezing time values were compared to 142 published experimental data sets. Predictions obtained by published numerical methods were compared to the experimental data. The freezing time predictions of the proposed model give a percentage error in the range of −4.55 < E(%) < 4.09, which includes the 142 data sets using the best calculation results. In summary, the MOL is a good numerical prediction method since an adequate set of thermophysical properties is especially tested and selected for each data set.     

Freezing time of an infinite cylinder and sphere using the method of lines

An energy balance model has been developed to simulate freezing processes for infinite cylinders and spheres. The mathematical model (1) was numerically solved using the method of lines. In this method, spatial derivatives are discretized by the finite difference method and the resulting system of ordinary differential equations in time is integrated using an appropriate solver. Freezing times obtained with the proposed model were compared to experimental data and results calculated by different published methods. The freezing times predicted by the proposed model agreed well with the published experimental results and predictions by other published methods. Model (1) gives a percentage error in the range −4.61 ≤ E (%) ≤ 6.81, which includes the experimental data for the 123 spheres analyzed and 30 infinite cylinders, within range −2.96 ≤ E (%) ≤ 3.34.     

舰载电视跟踪仪鲁棒自稳定控制

船体在海面上受风、浪、流的影响而发生周期性的横摇、纵摇和艏摇运动, 直接安装在甲板上的电视跟踪仪将跟随船体发生同样幅度的摇摆运动, 从而使视轴摆动, 造成电视图像模糊, 甚至丢失目标. 为了保证电视跟踪仪海上跟踪测量的平稳性和准确性, 基于惯性导航系统给出的横摇和纵摇位置数据, 建立了包含艏摇的完整的三自由度船摇自稳定数学模型, 并且在 Matlab 仿真环境中采用闭环增益成形控制算法进行了三自由度船摇自稳定系统的数字仿真, 结果表明所设计方法能够提高舰载电视跟踪仪的跟踪精度并使电视图像清晰.     

设备对船体结构的激励力及其应用研究

针对以不平衡力为主的设备台架试验激励力向实船的转换方法进行研究,推导给出了设备对船体结构的激励力公式,并提出了设备与船体耦合振动分析的简化方法。将设备-隔振器-安装基础视为多自由度振动系统,基于振动理论,建立了设备与安装基础耦合振动的分析模型,得到了设备向安装基础传递的激励力计算公式;在此基础上,给出了设备向船体结构传递激励力的计算公式,提出了设备与船体结构耦合振动分析的简化方法,并验证了方法的正确性。研究表明:设备对船体结构的激励力不仅与设备激励力密切相关,还与设备质量、隔振器刚度及阻尼、船体结构刚度等密切相关;所提的设备与船体结构耦合振动简化方法具有较高精度,可满足工程要求。     

具有参数摄动的复杂柔性耦合隔振系统建模

针对目前复杂柔性隔振系统的数学模型与实际隔振系统之间存在的差异，将阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合，建立包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的状态空间模型。将相对于名义模型中隔振系统参数的变化量以虚拟回路增益的方式引入模型，建立具有参数摄动的隔振系统数学模型。在此基础上，通过矩阵变换的形式，推导出反映模态频率不确定的参数摄动的隔振系统模型，直观反映系统模态阻尼和模态频率的变化，为下一步复杂柔性耦合隔振系统的鲁棒控制器的设计提供依据。     

Generalized model for the simulation of food refrigeration. Development and validation of the predictive numerical method

A generalized mathematical model was developed to simulate food refrigeration in air. The model takes into account surface water evaporation. It allows food physical properties to be considered as functions of temperature and/or composition, while providing means for including internal heat generation, composite materials (for instance, flesh and skin) and time-varying external temperature and humidity. Wetted surfaces and packaging can also be accounted for by the model, which can be used for spheres, infinite or finite cylinders, slabs. The numerical method was developed using the Crank-Nicolson scheme, and compared with exact analytical solutions as well as with experimental data on the refrigeration of various foods.     

基于ARMA模型的水下爆炸冲击谱预测

针对舰船设备抗冲击设计冲击环境预测难的问题,提出了利用自回归滑动平均模型（ARMA模型）预测水下爆炸冲击响应谱的方法,并引入遗传算法优化ARMA模型阶数。理论介绍了舰船设备水下爆炸冲击谱模型及ARMA模型。建模所需样本数据通过对有限元软件仿真输出的冲击响应信号进行去趋势化和平稳化处理获得,根据该样本数据的自相关函数和偏自相关函数统计特性分析,验证了ARMA建模的可行性。在此基础上,利用遗传算法优化后的ARMA模型,对水下爆炸冲击响应信号进行预测,并通过分析预测误差特性评估预测效果。研究结果表明,基于遗传算法优化的ARMA模型可以很好的预测水下爆炸冲击响应信号,从而为舰船设备抗冲击设计提供帮助。     

带限位器单层隔振系统冲击响应研究

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了限制设备受到冲击载荷时发生过大变形,隔振系统通常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,采用时域有限元分析方法,分别对带有不同阻尼限位器的隔振装置受到水下爆炸载荷冲击下的响应进行数值仿真研究,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移响应和绝对加速度响应,分析了限位器参数对冲击响应的影响,旨在为舰艇设备抗冲击性能设计及性能评估提供参考。     

舰用主动柔性耦合隔振系统建模研究

针对目前复杂柔性隔振系统建模方法的局限性,提出了一种将阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的、适用于实际工程控制应用的新方法,建立了包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的数学模型,并通过有限元方法对建模方法进行了验证,结果证明了该方法的正确性。     

基于加速度传感器的红外图像稳像技术研究

本文对安装于非固定平台上红外前视设备的像移产生的机理进行了详细分析,在此基础上提出了采用微机械加速度传感器获取像移矢量的方法及算法,并研制了可安装于红外前视设备上的像移矢量测量系统,利用三维摇摆台进行了像移测量和稳像试验,并与纯软件化稳像效果进行了比较,验证了本文提出的理论和方法的正确性,以及试验装置的有效性。