一种船体减摇装置控制系统优化设计

蔡子聪

(安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001)

0 引言

船舶行驶过程中，由于风力、水面激振力和船体运行中的振动等因素，船体势必会出现横摇，这些横摇会对船舶的正常行驶以及船舱内人员的舒适度造成影响。针对这些横摇，人们设计出一系列优化措施，舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍等一系列减摇装置应运而生[1]。其中，减摇鳍是设计较为成功且应用较为广泛的装置，其发展可以追溯到 20世纪80年代。减摇鳍发展至今，已经演变成一种将液压系统和自动化控制系统相结合的装置[2]。本文针对减摇鳍的自动化控制系统，进行一种系统优化设计[3]。

1 船舶横摇模型

船身在多种因素的共同作用下会产生横摇，其中外部因素包括风力和水面冲击力等；而内部因素有螺旋桨激励振动和船体自振等。其中螺旋桨引起的激励振动是引起船体横摇的一项重要因素，其激励振动的频率公式为[4]

式中：K为激励阶数；Z为螺旋桨叶数；N为螺旋桨转速，rad/s。

螺旋桨转动时产生的脉动压力和螺旋桨的叶频表面力分别为

式中：D为螺旋桨直径，m；W为轴功率，J/s；k0为水翼修正系数；kα为根据螺旋桨轴和离螺旋桨桨叶最小距离的船底处的纵剖面线之间的夹角α的系数；kd为叶梢间隙比系数；d为叶梢距离船体底部的最小距离，m；k由d和D的比值以及螺旋桨叶数的系数确定。

2 系统优化传递函数计算

计算横摇角对于波倾角的传递函数，先运用杜埃尔公式来计算横摇转动惯量[5]，见式（4）。

式中：M为船舶排水量，L；……