减摇鳍原理

在静水中航行的船舶浮心O 垂直地位于重心G 之下，浮力F 和重力mg （相当于船舶排水量D ）大小相等、方向相反。没有力矩作用于船上，船舶处于正浮状态。当船舶在波浪海面上航行时，由于波浪运动，波浪表面与水平面间出现夹角γ—波倾角。波面倾斜后使浮于波浪上的船舶的浮心从O 点移动到O ˊ点，故此绕船舶重心G 有一力矩M B =F ·a 作用在船上。此力矩称为波浪扰动力矩。正是这一力矩使船舶产生绕其自身重心的纵轴的横向摇摆运动。

如果视波浪为正弦波，如图2所示。则用波长“λ”，波高“ξω”和周期（波浪从A 点传播到C 点所需时间）“T ”表征波浪。显然，波长“λ”相同，波高越高（海情高，波浪强）波倾角γ也越大。和波高一样波倾角γ也能表征波浪的强弱。从图2可见波浪上各点的波倾角值也不同。A 、B 、C 三点最大，其值为γmax ；D 、E 两点最小，其值为零。在波浪运动的过程中波倾角做周期性变化。

从零到γmax 到零到γmax 。因波浪的波长“λ

”远较船宽大，故a ≈h ·γ，船在波面上运动，在波面的不同点所受波倾角的作用也不同。其中h —船舶初稳心高，F=D （船舶排水量），所以作用在船上的波浪扰动力矩为：

为使船舶的摇摆角尽可能减小，必须施加给船舶一个稳定力矩。该稳定力矩M CT 在数量上应尽可能与波浪扰动力矩M B 相等，在方向上与波浪扰动力矩相反（或者说在相位上相差180°角）。减摇鳍装置就是一种能给船舶产生一个稳定力矩的装置

鳍是装在船舶水线下的一块剖面形状对称的流线型板。如图3所示，当船

??? ??πγ=t T 2Sin Dh M max

B

舶以速度V 航行时，若此流线型鳍相对于速度方向偏转α角，由于偏转了的鳍的上方为低压，下方为超压，上下之压差在鳍上产生一向上的升力P ，另一舷的鳍向反

方向偏转产生一大小相等方向向下的升力P ，升力的值为：

式中：ρ—海水密度；

C y —鳍的升力系数(鳍形设定后，其值仅与鳍转角α有关）； S —鳍的面积；

V —船舶航速；

这样在左右两舷的作用下将有一力矩作用在船上，其情形 如图4所示。

2

21SV C P y ρ=

力矩值为：

可见，此力矩与鳍面积S 、航速V 的平方、鳍角α成正比、称为稳定力矩M CT 。

对某一实际船舶的减摇鳍装置，其鳍面积S 为一固定值，故在给定的航速下稳定力矩M CT 只与鳍角α成正比即（M CT =K α）。因此控制鳍角α就相当于控制稳定力矩M CT 。如果不论船舶在何种航向下均能适时的控制鳍角α，产生稳定力矩最大限度的抵消波浪扰动力矩，即可达到稳定船舶减小摇摆的作用。

212SV K L P M CT =?=

船舶减摇技术现状及发展趋势

SHIP ENGINEERING 船舶工程 V ol.34 Supplement 2 2012 总第34卷，2012年增刊2船舶减摇技术现状及发展趋势 洪超1,陈莹霞2 （1．中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031；2．上海船舶设计研究院，上海 201203） 摘 要：传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等，本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置，包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等，并对未来的新型减摇装置进行了预测。 关键词：减摇鳍；减摇水舱；舵减摇；陀螺；减摇发展 中图分类号：U664.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z2-0236-09 Current Situation and Tendency of Development of Ship Stabilizer Technique HONG Chao1, CHEN Ying-xia2 (1. Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China; 2. Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China) Abstract: The traditional ship stabilizer includes fin stabilizer, anti-rolling tank, rudder roll stabilizer，moved mass stabilizer etc..this paper introduces the development status of these traditional stabilizers and some new stabilizers developed in recent years, such as fin stabilizer at zero speed, rudder-fin stabilizer, tank-fin stabilizer, Magnus Effect rotor stabilizer, pitch stabilizer and ship motion control system. And the prospective ship stabilizers are forecasted at the last part of this paper. Key words: fin stabilizer; anti-rolling tank; rudder roll stabilizer; gyro roll stabilizer; development 1 概述 人类从19世纪初的帆船年代的舭龙骨开始，就已经开始了船舶减摇的努力和斗争，前后共提出了350余种不同类型的减摇装置，其中用于了实践的达20几种[1]。直到二十世纪九十年代，保留下来的船舶减摇装置主要有舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍、减摇陀螺、舵减摇、减摇重块等少数几种。 1.1 舭龙骨 是一种装于船中两舷舭部外侧，与舭部外板垂直的长条形板材结构。在船横摇时扰动船体周围的流场,使船产生附加阻尼，通过增加横摇阻尼来达到减摇的目的。它在任何情况下都有效,减摇效果，效果大约为20%~25%。舭龙骨结构简单、造价低、效能高、没有运动部件、便于维护，被广泛的应用到各类船舶。目前几乎所有海船都毫无例外地装有舭龙骨，它已成为海船船体的一部分。所以，在一般情况下所谓减摇装置系指舭龙骨以外的减摇措施和设备。 1.2 减摇水舱 自从1911年佛拉姆成功推出被动U型水舱以来，这种减摇装置已经有100多年的发展历史，目前已经有各种减摇水舱应用到几千艘各类船舶[2]。减摇水舱最大的优点是其减摇效果跟航速没有直接关系，可以在任何航速下减摇。对被动水舱而言，还具有功率小，成本低等优点。减摇水舱也有多种，其中应用最多的是可控式U型被动减摇水舱。美国Flume Stabilization Systems公司已为超过1500条船提供了被动减摇水舱，Intering公司提供了大约600套，Rolls-Royces公司270多套，日本的STABILO公司大约为200套，日本JFE公司约130套（不包括军船）。上海船舶设备研究所研制出国内减摇水舱前年刚刚投入市场，就已经承接了数条船的订单。减摇水舱存在减摇效率相对较低、占用空间大、低频扰动下易增摇等缺点，一定程度上限制了其发展。 1.3 减摇鳍 减摇鳍出现的历史相对较晚，世界上第一套减摇鳍装置于1923年由日本三菱重工的元良信太郎博士 作者简介：洪超（1977-），男，高级工程师，主要从事船舶减摇技术研究。

减摇鳍原理

在静水中航行的船舶浮心O 垂直地位于重心G 之下，浮力F 和重力mg （相当于船舶排水量D ）大小相等、方向相反。没有力矩作用于船上，船舶处于正浮状态。当船舶在波浪海面上航行时，由于波浪运动，波浪表面与水平面间出现夹角γ—波倾角。波面倾斜后使浮于波浪上的船舶的浮心从O 点移动到O ˊ点，故此绕船舶重心G 有一力矩M B =F ·a 作用在船上。此力矩称为波浪扰动力矩。正是这一力矩使船舶产生绕其自身重心的纵轴的横向摇摆运动。 如果视波浪为正弦波，如图2所示。则用波长“λ”，波高“ξω”和周期（波浪从A 点传播到C 点所需时间）“T ”表征波浪。显然，波长“λ”相同，波高越高（海情高，波浪强）波倾角γ也越大。和波高一样波倾角γ也能表征波浪的强弱。从图2可见波浪上各点的波倾角值也不同。A 、B 、C 三点最大，其值为γmax ；D 、E 两点最小，其值为零。在波浪运动的过程中波倾角做周期性变化。 从零到γmax 到零到γmax 。因波浪的波长“λ ”远较船宽大，故a ≈h ·γ，船在波面上运动，在波面的不同点所受波倾角的作用也不同。其中h —船舶初稳心高，F=D （船舶排水量），所以作用在船上的波浪扰动力矩为： 为使船舶的摇摆角尽可能减小，必须施加给船舶一个稳定力矩。该稳定力矩M CT 在数量上应尽可能与波浪扰动力矩M B 相等，在方向上与波浪扰动力矩相反（或者说在相位上相差180°角）。减摇鳍装置就是一种能给船舶产生一个稳定力矩的装置 鳍是装在船舶水线下的一块剖面形状对称的流线型板。如图3所示，当船 ??? ??πγ=t T 2Sin Dh M max B

舶以速度V 航行时，若此流线型鳍相对于速度方向偏转α角，由于偏转了的鳍的上方为低压，下方为超压，上下之压差在鳍上产生一向上的升力P ，另一舷的鳍向反 方向偏转产生一大小相等方向向下的升力P ，升力的值为： 式中：ρ—海水密度； C y —鳍的升力系数(鳍形设定后，其值仅与鳍转角α有关）； S —鳍的面积； V —船舶航速； 这样在左右两舷的作用下将有一力矩作用在船上，其情形 如图4所示。 2 21SV C P y ρ=

《中国造船》54卷第2期(2013年6月)目次学术论文全航速减摇鳍鳍型

《中国造船》54卷第2期 （2013年6月） 目次 学术论文 全航速减摇鳍鳍型优化设计 ··········································宋吉广金鸿章孟令卫( 1 ) 数值水池集成软件系统概念设计研究 ··················李百齐刘晓东何术龙魏锦芳( 11 ) 基于改进运动平衡点的水下机器人自主避障方法研究 ·································································孙玉山张英浩常文田李岳明( 17 ) 温载及持久应力作用下铝合金船体结构变形研究 ···赵耀周雪莲陈南华姜开厚( 26 ) 折叠式夹层板水下爆炸防护性能数值仿真分析 ······张延昌王果周红王自力( 35 ) 泡沫夹层复合材料的初始破坏载荷与极限载荷计算 ············易雯赵耀高畅( 45 ) 船舶型线设计系统软件开发 ······························何术龙周秀红李百齐刘晓东( 55 ) 冰期船舶下水试验研究 ························张洪雨展龙陈洪利赵亮程江华( 62 ) 某散货船的EEDI试航验证评估 ·····································胡琼徐杰陈文炜( 69 ) 低噪声舰船尾管水润滑橡胶轴承材料的研究 ·········································周新聪闫志敏唐育民秦红玲赵华松田宇忠( 77 ) 船体曲面板成型中应变分布的影响参数的分析 ··················杨燕琴赵耀袁华( 85 ) 大型起重船复合压载系统的设计研究 ··················黄超何炎平张维竞吴铮铮( 97 ) 30万吨矿砂船船型设计研究··································································宋吉卫( 105 ) 偏心受压工况下自升式平台桩腿力学性能研究 ·········································张建唐文献秦文龙苏世杰高超刘仁昌( 111 ) 船体结构总体振动特性预测技术研究 ······················································史丰荣( 118 ) 边界条件对船用厚板高强钢焊接残余应力的影响研究 ·········鲁鹏赵耀袁华( 124 ) 大型组块横向滑移装船可行性分析 ·····················许南王飚杨小龙张广磊( 133 ) 论FPSO总体设计·······················································席时春袁翔郝孟江( 140 ) 海洋结构物环境和动力响应实时监测重要性分析 ·······································于毅( 145 ) 基于碳排放强度的经济型EEDI预估模式研究 ···················谭祖胜沈汉峰王晓东( 151 ) 嵌入式船舶主机遥控系统的设计与实现 ···························曹辉贾宝柱张均东( 158 ) 基于任务重要度的舰船总体任务可靠性分配法 ··················胡斌刘松林刘刚( 165 ) 无人值守海洋气象仪系统设计 ·······································庞佑军涂大斌王亦平( 171 )

游艇减摇鳍

游艇减摇鳍 [摘要] 游艇减摇鳍是为适应游艇特点而专门设计的减摇鳍，具有尺寸较小、重量较轻、噪声较小等特点，鳍翼通常采用的是非金属材料，且批量制造。游艇减摇鳍的选型计算、布置设计以及安装都涉及到较强的专业知识，游艇厂商在选用减摇鳍时应关注设备厂商的技术实力和服务能力，应考虑可否与之建立紧密的战略合作关系。 1. 游艇减摇鳍是什么 减摇鳍是减摇效果最为明显的船舶减摇装置之一，游艇减摇鳍是为适应游艇的安装空间较小、设备重量要求较轻、噪声要求较小等特点而专门设计，且便于批量制造的产品。游艇减摇鳍的鳍面积通常较小，所以也叫超小型减摇鳍。游艇减摇鳍每套装置都是由大小相同的两只鳍翼构成，每只鳍翼都有其相应的转鳍执行机构、最大转鳍角机械限位机构、锁紧机构等部件。每套减摇鳍装置还包括液压控制系统、液压泵站（可选，也可以选用艇上其它液压源）、控制箱、操控面板等部件。游艇减摇鳍的鳍翼通常是用非金属材料（玻璃钢）采用模具压制成型的。 减摇鳍像鱼鳍一样，位于船的两侧，是用来减轻船的横摇。人们不禁要问，为什么只减横摇呢？纵摇怎么办？通常，船艇在形状上是呈瘦长形的，横摇在剧烈程度上远大于纵摇，只要把横摇减下来也就够了。至于纵摇，如果确实需要轻减，例如小水线面双体船艇，可以使用陀螺减摇器，方便且效果明显，只要将陀螺减摇器的进动轴沿船长方向布置即可，安装位置是任意的。 减摇鳍的减摇力矩来源于鳍翼产生的升力（向上或者向下）以及鳍翼与船艇舯纵剖面之间的跨度，升力越大，或跨度越大，减摇力矩越大。鳍翼之所以能产生升力，依靠的是水对鳍翼上下翼面的压力存在差值，这就需要水相对于鳍翼是流动的，一种情况是要求船以较快速度航行，另一种情况是船的航速虽低，甚至停了下来，但鳍翼在以较高转速往复扇动。这前一种情况通常叫常规减摇（鳍），后一种情况叫零航速减摇（鳍）。零航速减摇鳍通常需要配备较强的动力系统，所以，目前主要还是用在豪华游艇上。

【CN109850760A】基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910281301.9 (22)申请日 2019.04.09 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 王生海　王虎　陈海泉　孙玉清　 韩晓双　马来好　 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 代理人 唐楠　李洪福 (51)Int.Cl. B66C 13/06(2006.01) F16F 15/04(2006.01) F16F 15/023(2006.01) (54)发明名称基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置(57)摘要本发明公开了一种基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置，其特征在于，包括：弹簧阻尼器，至少三个，且沿吊重系统轴向均匀分布，所述弹簧阻尼器轴线与所述吊重系统所受提升力的方向的夹角大于0°小于90°；还包括限制所述弹簧阻尼器过度拉伸的安全锁。本发明能够根据减摇索张力的变化及时调整弹簧的长度，以保证减摇索始终处于张紧状态；能够根据吊重以及自然状况的不同灵活选用不同的弹簧阻尼器；既能达到一定的减摇效果，又能保护弹簧阻尼器不被破坏，同时能够消除吊重系统的高频振动；结构简单，拆装方便， 便于灵活使用。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109850760 A 2019.06.07 C N 109850760 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109850760 A 1.一种基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置，其特征在于，包括： 弹簧阻尼器，至少三个，且沿吊重系统轴向均匀分布，所述弹簧阻尼器轴线与所述吊重系统所受提升力的方向的夹角大于0°小于90°； 还包括限制所述弹簧阻尼器过度拉伸的安全锁。 2.根据权利要求1所述的基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置，其特征在于，所述吊重系统包括周向均匀分布有所述弹簧阻尼器的吊盘以及产生所述吊重系统所受提升力的起吊绳； 所述起吊绳，至少两个，且一端与起重机吊臂连接，另一端从连接在所述吊盘上的滑轮下端绕出与所述起重机吊臂连接。 3.根据权利要求2所述的基于弹簧阻尼器的吊重系统减摇索张紧装置，其特征在于，所述弹簧阻尼器包括： 阻尼器壳体，具有与所述弹簧阻尼器同轴的活塞腔，且其一端与减摇索连接，所述减摇索另一端与起重机减摇臂连接； 活塞，其位于所述活塞腔内且可沿所述弹簧阻尼器轴线方向滑动； 连杆，其位于所述弹簧阻尼器轴线上，且一端与所述活塞连接，另一端从所述阻尼器壳体另一端穿出与所述吊盘铰接； 弹簧，其位于所述活塞腔内且环绕于所述连杆外侧； 所述活塞腔内壁还具有限制所述弹簧阻尼器过度拉伸的所述安全锁。 2

减摇鳍原理及系统

轮机工程学院 内容摘要 摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置液压系统的工作原理，包括液压系统的各部件的结构和工作原理；以及液压系统各工作油路的工作过程，如减摇鳍叶片收放油路，减摇鳍叶片倾斜油路和减摇鳍的伺服油路。在文章的最后也介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置的日常管理要点。 关键词：液压系统叶片收放油路叶片倾斜油路伺服油路日常管理要点ABSTRACT: This thesis explains the working principle of the hydraulic system of the stabilizing system in “YUKUN”, which includes the construction and working principle of the components; the working process of hydraulic lines in the system, such as fin housing and extending, fin tilting and service hydraulic lines. This thesis also summarizes some services and managements of stabilizing system. KEY WORDS: hydraulic system house and extend hydraulic line fin tilt hydraulic line service line

目录 1 前言 (1) 2 减摇鳍装置的执行机构 (1) 2.1 减摇鳍装置的叶片回笼和延展执行机构 (1) 2.2 减摇鳍装置的叶片倾斜执行机构 (2) 3 减摇鳍装置液压系统工作原理 (3) 3.1 减摇鳍装置的液压系统组成 (3) 3.1.1 供油罐 (3) 3.1.2 主泵和发动机设备组 (3) 3.1.3 油路板/集油管板 (4) 3.2 减摇鳍装置叶片收放油路的工作原理 (6) 3.2.1 减摇鳍装置叶片收放油路的重要部件介绍 (6) 3.2.2 减摇鳍装置叶片收放油路的工作过程 (6) 3.3 减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作原理 (7) 3.3.1 减摇鳍装置叶片倾斜油路的重要部件介绍 (7) 3.3.2 减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作过程 (8) 3.4 减摇鳍装置伺服油路的工作原理 (8) 3.4.1 控制比例阀的伺服油路 (8) 3.4.2 负载感应器和插装补偿阀的伺服油路 (9) 4 减摇鳍装置液压系统的日常管理要点 (9) 4.1 常规检查项目 (9) 4.2 定期保养项目 (10) 5 结束语 (10) 6 参考文献 (10)

船舶减摇鳍的稳定控制

船舶减摇鳍的稳定控制 摘要:对于船舶稳定系统，主动鳍控制是最有效的减摇方法。然而, 在随机模型波或风的影响下，准确的全船非线性动态系统是很难获得的。在这篇文章中, 用于开发船舶稳定系统的一个守卫启发式遗传算法鳍控制器(GHGAFC)包括一个启发式遗传算法鳍控制器(HGAFC) 和一个守卫鳍控制器(GFC)。在HGAFC设计中, 将梯度下降训练嵌入到传统的遗传算法(GA)中构建一个主控制器,来搜索在不确定性下可能出现的的最佳鳍控制角。为了确保系统的状态在规定的范围内, 将守卫鳍控制器(GFC)用于调整控制角。在稳定系统中,陀螺仪和加速度计将检测摇曳的条件和收集的数据发送到嵌入式单片机计算命令中。仿真将大海表面建模为一维线性自由面来验证鳍控制器的有效性。在相同条件下, 比较GHGAFC与GA-fuzzy、GA-PID 和常规监督GA控制方案的性能。 一、介绍 船舶减摇是用来对抗船舶横摇运动的，导致横摇有很多不确定性因素:如外部波、风、非线性横摇阻尼和参数变化等的影响,这是一个重要的、严格的、复杂的问题。船舶海军架构稳定的技术已经讨论了数百年。与被动形式的系统相比,主动稳定系统拥有更强大和有效的特点。这些优点使许多船只在实践中得到应用。主动稳定系统是通过泵的形式输入能量的液压活塞或电动执行机构。因此,许多研究已经开发各种方法,例如：减摇水舱[1 - 3],陀螺稳定器[4],舵稳定器[5、6]或减摇鳍装置[7 –11],等。减摇水舱取决于周围的泵送液体来抵消船的运动。减摇水舱的主要缺点是,泵操作大量的流体传送到水槽时有一个时间滞后。这限制了即时减摇的稳定。另一方面,陀螺稳定器需要大型陀螺仪来减少减摇运动。更严重的是需要大质量横向移动来实现恢复力矩。此外,陀螺稳定器需要相当大的力而且响应时间缓慢;另外,它在船内的重要部位占据了一个相当大的体积。而在舵减摇装置中是通过舵偏转减少轧辊，因此舵辊稳定器的性能在较低速时大大降低。在减摇鳍装置中,鳍在船体水线以下,并根据船的跟角改变它们的攻角。嵌入式控制器是用来计算攻角的，电动液压机制是激活减摇鳍的。在这些方法中,主动式鳍装置似乎是最有效和最广泛采用的。 有些防倾主动鳍控制器的论文, 主要是利用传统的比例—积分-微分(PID)控制技术。然而,由于船内高度非线性和不确定性的辊运动特征,PID控制器很难适当的评估所要控制跟踪期望的轨迹。2008年,佩雷斯和古德温[8]提出了模型预测控制方法来防止非线性影响;然而,这很难预测严重时波或风的影响。一旦系统动力学在滑模控制(SMC)下，滑模控制技术是一种有效的非线性鲁棒控制方法，因为它提供了系统动力学与不变性的不确定性[12]。然而,控制系统不敏感的不确定性只存在于滑动模式,但不是在实现阶段。因此,系统动态在到达阶段仍受到不确定性的影响。从实用的角度来看,这些方法可能在显著变化的操作点反应不是很好。另一方面,神经网络、模糊方法,如神经PID,模糊, 递归模糊神经网络,强健的小波神经网络滑模控制, 自调谐模糊滑模控制方案[13]等提出了电流体静力学执行机构、电伺服驱动系统或动态系统。然而,一些补偿组件是必要的,因此,结构复杂。遗传算法(GA)是一种最新的技术用来搜索最优解决方案。1962年Goldberg在荷兰首次发布遗传算法的基本原理和常见形式 [14]。基本上,遗传算法是一种基于自然选择和自然遗传机制的随机搜索技术。在过去的几年里,遗传算法提供了一种优化参数的PID或SMC[15]。另一方面,遗传算法也被广泛应用于优化设计的FC[16]或神经模糊控制器(NFC)。GA可以在一定程度上通过模仿自然基因的机制来消除复杂的力学设计步骤。例如实际应用者吴邦国,将GA用于一群智能水下机器人，为了重新审视一个区域根据已知的先验路径点和障碍寻找经济和安全路线[17]。防止人口聚集, 提出了一种基于线性矩阵不等式的GA控制系统的次优解决方案。[18]上述研究的

舵减摇装置的发展

舵减摇装置的发展 舵减摇是基于正确利用下述两条规律发展起来的： 在操舵时，舵除产生一个使舰船转向的艏摇力矩以外，还产生一个横摇力矩； 一般舰船的艏摇响应周期大约是横摇固有周期的一倍左右。 舵减摇装置可以在控制操舵系统完成保持航向功能的同时，还能进行更高频率（舰船横摇固有频率附近）的操舵，使舵产生横摇力矩而不影响舰船的正常航行。 与鳍减摇装置相比，舵减摇装置具有造价低、所占船内空间小、使用和维修方便，以及便于对原来没有配备减摇控制装置的现役舰船进行加装改造等优点。 早在1972年，就有人探讨了用舵作为稳定装置的可能性，并在一艘商船上试验成功。 早期美国舰船一般都不采用减摇鳍。后来为了提高舰船在风浪中的特殊作业功能（例如直升机的起降作业，保持拖曳线列阵有尽可能多的时间正常工作，以及补给作业等），设法寻找提高舰船耐波性的途径才考虑安装减摇装置。利用原有的舵机作为执行机构，加上相应的控制器达到减小横摇的目的，无疑是一个极好的可行的方案。1974年美国泰勒舰船研究发展中心（DTNSRDC）开始研究在军舰上安装减摇装置的可能性，并研制了两台样机。主要设计思想是： 供舰船作业期间短期使用（半小时左右）。 将舵减摇系统和自动驾驶仪分成两个独立的系统，简化舵减摇装置的设计与制造。 在使用舵减摇时，用人工操舵保持航向，一旦舵减摇装置发生故障，便可转换到自动舵。控制原理是采用了有自适应性的角速度模拟控制。这两台样机分别安装在两艘115米长、30 00吨的哈密尔顿级巡逻舰上，于1976年和1979年进行了海上试验。在横浪中，当有义波高为2.14~2.44米，航速为14节时，横摇角有义值从4.83度减小到2.45度，减摇效果达49.3%，此外横荡加速度也有所减小。 早期的舵减摇装置都是采用控制规律简单的模拟系统，鉴于当时技术水平，不可能实现更为复杂的控制规律，加之舰船原有舵机性能的限制，因此减摇效果不总是那么理想。1986年至1987年美国泰勒舰船研究发展中心和海军科技部又相继推出第一代和第二代数控舵减摇装置，第一代是利用原有舵机加上数字控制器使减摇性能又有提高。第二代不仅采用了数字控制器而且配上了为舵减摇而专门研制的新舵机，使减摇效果大幅度提高，甚至达到70%的减摇水平。由于原来的舵机操舵角速度只能在4度/秒以下，为了增大减摇力矩，如果舵机允许操舵角速度大于8度/秒，则舵减摇装置的性能将会有明显提高。另外，新研制的舵机将满足功率、结构载荷以及对磨损等新的要求。美国已经在斯普鲁恩斯级上进行了成功的试验，并研制了在航母上采用的舵减摇装置。 在美国获得试验成功的鼓舞下，80年代荷兰、瑞典等国也开展了舵减摇装置的研究。1984年瑞典哥德堡船模试验水池（SSPA）着首研制型号为ROLL-NIX的舵减摇装置。1987年在瑞典皇家海军两艘舰艇上进行了试验。一艘为巡逻艇（艇长35米，排水量170吨，航速27节），一艘为布雷舰（舰长105米，排水量3300吨，航速16节）。舵机速度都是8度/秒，在蒲氏风级4~6级的横浪和尾斜浪中减摇效果达40~60%。ROLL-NIX采用了基于现代控制理论的自适应滤波器和调节器，可适应海况和航速的变化。它的硬件有摩托罗拉MC 68000微机、角速度陀螺、自动舵控制、ROLL-NIX控制和电源控制器。共组成两个部件：主设备和控制单元。主设备约重12千克，体积约为0.5×0.2×0.3立方米。控制单元重约13千克，体积约为0.2×0.1×0.1立方米。可将它用于对现役舰船的原操舵装置进行改装，也可用于新船建造，只要1到2天就可以完成安装和调试。该装置利用微机对信号进行数字滤波，提高了控制质量。它也兼有航向自适应操舵仪的功能，在启用舵减摇时可任意选择用手舵和自动舵保持航向。当要求改变航向时，减摇控制会自动脱开。待进入指定方位后马上又

减摇控制技术综述

船舶减摇控制技术现状与展望 0 前言 船舶在海上航行时，由于受到海浪、海风及海流等海洋环境的扰动作用，不可避免的要产生六个自由度的摇荡运动，即横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡，其中以横摇最为显著，对船舶影响也最大。因为船舶的横摇运动阻尼很小，所以船舶在风浪中会产生剧烈的横摇。横摇运动过大不但影响船舶的航行，而且还会对船上的装备造成不良影响，给船上的货物和人员带来不安全因素；对于军舰来说，横摇还会影响武备的使用，使舰载机不能正常起飞和降落。为了减小船舶横摇，船舶设计师和控制工程师付出了不少的努力，成功地设计了各种各样的减摇装置来减小船舶的横摇运动【1】。 横摇减摇作为一门学科已经有一百多年的历史。据统计，在这期间先后出现了约三百五十个各种类型的减摇装置，实际上只有少数几种得到大量的推广和应用，目前使用的横摇减摇装置主要是减摇鳍和减摇水舱【2】。尽管自20世纪80年代以来，许多研究表明利用舵减摇具有很好的发展前景【3】，但最常用且成功的主动式减摇装置仍然是减摇鳍。 随着减摇鳍和减摇水舱等单一减摇装置的日益发展成熟，加上大型船舶的 出现以及对船舶航行安全性和舒适性要求的提高，人们开始研究减摇鳍－减摇水舱综合减摇系统。这种装置综合考虑了减摇鳍和减摇水舱这两种减摇装置的功能，使之达到各种装置的协调组合，资源的合理配置，最大限度的平衡船舶。 1 减摇装置简介 1.1减摇鳍 减摇鳍装置是目前世界各国装船最多的一种减摇装置。它是一种主动式减摇装置，减摇效果高，可达80％～90％，因而使用广泛。减摇鳍的最早专利是在1889年由约翰·桑尼克罗夫特获得的。1923年日本的元良信太郎设计了第一套减摇鳍，经装船试验得到了良好的减摇效果。1935年英国的布朗兄弟公司设计 的减摇鳍成功地应用到一艘2200吨的海峡渡轮，从此减摇鳍得到了广泛的应用。目前许多国家的海军的中高速舰船、许多商船和其他船只都装有减摇鳍【1】。我国对减摇鳍的研究从60年代开始，上海船舶设备研究所和哈尔滨工程大学进行了大量的研究设计工作，并在各类船舶上得到成功使用。 减摇鳍的工作原理是：在船舶水下部分两侧，装有一对或多对机翼形鳍。船舶航行时，鳍在横摇参数控制下快速转过一个角度，鳍上产生“升力”，对船舶形成抵抗波浪力矩的减摇力矩，从而减小横摇角【4】。减摇鳍一般可分为固定式和收放式两种。固定式减摇鳍，安装于鳍轴上的鳍只能绕鳍轴旋转，不能收进船体。这种减摇鳍结构简单、重量轻、制造成本较低，几乎适用于各种大型船舶，但该鳍较收放式鳍的升力系数小，减摇能力受到限制，当船舶在静水中航行时增加了阻力，由于鳍一直伸出在舷外，故容易损坏。收放式减摇鳍的鳍不但可以绕鳍轴转动，而且不用时可以收进船体，静水航行时不产生附加阻力，鳍的升力系数较大，减摇效果较好。但是收放式减摇鳍的重量大，机械结构复杂，占用船内空间大。因此该型减摇鳍主要装在客船、车客渡船、滚装船等较“胖”船型的船舶上。

船舶减摇鳍系统的变结构自适应鲁棒控制

第26卷　第4期大连海事大学学报V o l.26,N o.4 2000年11月Journa l of Da l i an M ar iti m e Un iversity N ov.,2000 文章编号:100627736(2000)0420009205 船舶减摇鳍系统的变结构自适应鲁棒控制Ξ 杨盐生 (大连海事大学航海技术研究所,辽宁大连　116026) 摘要:针对船舶减摇鳍控制系统,考虑到船舶在大风浪中运动时,系统不可避免地存在非线性和不确定性的 影响,将作者提出的对于不确定非线性系统的变结构自适应鲁棒控制策略应用于船舶减摇鳍控制系统1经 仿真试验表明,该控制策略对于船舶减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意. 关键词:船舶减摇鳍控制;不确定非线性系统;变结构控制;自适应鲁棒控制 中图分类号:U664.36;T P273.2 文献标识码:A 为了船舶的航行安全及提高航行中的舒适性,船舶减摇一直是人们不懈地努力目标,60年前发明的减摇鳍装置就是其努力的结果之一,并收到了良好的效果.众所周知,减摇鳍是一种主动式减摇鳍装置,它的减摇效果与采用的控制策略密切相关.为了提高减摇效果,采用先进的控制策略一直是主要研究方向之一.70年代以来,一些先进的控制策略在减摇鳍系统中得到了应用,如变参数最优控制、自适应控制、模糊控制、专家控制等.但是,在大风浪中,船舶横摇系统中不仅存在非线性,而且还存在不确定性,上述算法中既没有考虑系统的非线性问题,也没有考虑鲁棒性问题.因此,开发鲁棒性强的控制策略是当今船舶减摇鳍控制系统研究中的一个方向. 对于减摇鳍非线性系统,考虑参数和外界干扰的不确定性,当系统模型的估计参数和不确定性界已知的情况下,作者曾提出过一个变结构鲁棒控制策略[1].本文假设在系统模型的估计参数和不确定性界都未知的情况下,提出了一个变结构自适应鲁棒策略,该算法在确保闭环系统稳定的前提下,在线对系统模型参数和不确定性界进行估计.经仿真试验证明,该算法对于减摇鳍非线性控制系统是完全有效的,而且效果也十分良好. 1　不确定性非线性系统的变结构自适应鲁棒控制器设计 1.1　不确定性非线性系统的描述 考虑下列不确定性非线性系统 Ξ收稿日期:20002062021 基金项目:交通部重点科技计划资助项目(95206202222)1 作者简介:杨盐生(19572),男,江苏盐城人,教授,主要从事交通信息工程及控制的研究1

游艇陀螺减摇器

游艇陀螺减摇器 [摘要] 陀螺减摇器是最早在船舶上实际应用的减摇装置之一，它具有体积较小、安装方便、减摇效果较好、能在任意航速下减摇等优势。随着陀螺减摇器厂商的努力推广，特别是国产陀螺减摇器的出现，这种高档货已经逐步装上普通游艇，并将成为某些款型国产游艇的“标配产品”，为“低价高配”这一中国特色游艇业发展思路提供重要助力。 1. 陀螺减摇器是什么 陀螺减摇器是船舶减摇装置中的一种，主要由转子及其驱动装置、转子框架、转子框架进动控制装置、安装基架等部件构成。陀螺减摇器是一种两维陀螺，它利用了陀螺的定轴性原理，它对船艇产生的减摇力矩来源于转子框架进动时产生的反作用力矩。 船舶在波浪的作用下会发生摇摆，这是不可避免的。至于船的摇摆会有哪些副作用，人们首先想到的是晕船。其实，除此之外，大幅度的摇摆还会增加船的倾覆危险和操纵难度，还会降低船结构以及船上设备的使用寿命，如此等等，副作用确实不少。为了减摇，历史上工程师们尝试过几十种办法，而陀螺减摇器是最早在船舶上应用的减摇装置之一。

2. 陀螺减摇器有哪些优缺点 从功能角度讲，陀螺减摇器的减摇效果可以做到非常好，减摇率能达到60%以上，与减摇鳍相差不大。陀螺减摇器可以在任意航速下减摇，而普通减摇鳍不具备此功能。陀螺减摇器可以方便地解决船艇的参数横摇问题，而其它减摇装置很难做到。参数横摇是指由纵摇诱发剧烈横摇，形成多个运动成分的叠加，使乘员很不舒适，对船艇结构和船上设备的危害也更大。 从控制技术角度讲，设计一台能减摇的陀螺减摇器比设计一对普通减摇鳍，特别是比设计一套可控式被动减摇水舱要容易得多，问题只在于减摇率的高低。目前国际上号称能够设计陀螺减摇器的厂家很多，有品牌的就多于5家，而能够设计可控式被动减摇水舱的厂家只不过3、4家。 从安装、使用角度讲，陀螺减摇器的优势十分明显，它体积相对较小，可以安装在船艇上的任意位置，加装也比较方便。 陀螺减摇器的唯一缺点是比较难以大型化，绝大部分情况下应当用于排水量小于100吨的船艇。在国外，数千吨的驱逐舰上以及数万吨的豪华班轮上虽有安装陀螺减摇器的实例，但前提都是客户不在乎价格。

减摇鳍原理及系统图文稿

减摇鳍原理及系统 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

轮机工程学院 内容摘要 摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置液压系统的工作原理，包括液压系统的各部件的结构和工作原理；以及液压系统各工作油路的工作过程，如减摇鳍叶片收放油路，减摇鳍叶片倾斜油路和减摇鳍的伺服油路。在文章的最后也介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置的日常管理要点。 关键词：液压系统叶片收放油路叶片倾斜油路伺服油路日常管理要点 ABSTRACT: This thesis explains the working principle of the hydraulic system of the stabilizing system in “YUKUN”, which includes the construction and working principle of the components; the working process of hydraulic lines in the system, such as fin housing and extending, fin tilting and service hydraulic lines. This thesis also summarizes some services and managements of stabilizing system. KEY WORDS: hydraulic system house and extend hydraulic line fin tilt hydraulic line service line 目录

减摇水舱技术的工作原理和应用_周亚兰

NAVIGATION 65 航海NAVIGATION 为了使船舶在各种航速下均有很好的减摇效果，近年来，零航速减摇鳍得到了充分的重视和发展，这种减摇鳍的运动方式和执行机构与传统减摇鳍有很大不同，利用新的运动机理使得翼面在零航速也可产生对抗海浪干扰力矩的升力，国外已有少数船只应用的实例。但这种零航速减摇装置结构复杂，制造 还有许多问题需做进一步的改进和研究。 减摇水舱作为一种全航速下的减摇装置，不仅在各种船舶航速下均有减摇效果，适用于集装箱船、轮渡、滚装船、海洋工程船、科学考察船等。另外，减摇水舱具有结构简单、造价 周亚兰 （上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 上海 200240） 减摇水舱技术的 工作原理和应用 图1 波浪、船舶和减摇水舱的相位时序图

航海NAVIGATION 66Marine Technology 航海技术 剧。相反，如果船上的人员比船的横摇周期晚一拍左右移动几次，船的横摇将会变缓。可控被动式减摇水舱工作原理就是把上述的船上人员换作液体，巧妙地利用这种液体流动的时间和力矩，来减轻船的摇动。 船的一次横摇周期用360°角度来表示时，船的摇动起始点总是比波浪遭遇点滞后90°的角度，这种现象的反复出现会加剧船的横摇。如果减摇水舱中液体的固有周期和船的横摇周期相同的话，减摇水舱中液体的移动起始点将一直比船的摇动起始点滞后90°的角度。这就意味着减摇水舱中的液体移动起始点总是比引起船舶横摇的波浪起始点滞后180°角度。 因此，减摇水舱中的液体移动力矩和波浪力矩总是相反， 图2 波浪力矩和减摇力矩示意图 互相抵消，所以船舶横摇得以减缓。如图1和图2所示。4 可控被动式减摇水舱的控制方式 可控被动式减摇水舱的最关键技术在于周期的调节，如何将减摇水舱的周期调至与船舶横摇周期一致是减摇水舱设计成败的决定因素，如果这两个周期不一致，减摇水舱的减摇效果很差，甚至还会产生增摇。目前，可控被动式减摇水舱的周期调节方式主要有两种：一种是气道控制式，另一种是水道控制式。 德国的产品一般采用气道控制式，它是通过水舱顶部空气道控制水舱内可压缩性气体的流动，实现间接对舱内液体流动 的控制。这种水舱利用自动控制系统通过气阀的启闭来调节舱 图3图4

减摇装置介绍

减摇装置介绍 近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。世界各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。但目前世界上广泛采用的仅是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍，其中居垄断地位的是减摇鳍，其减摇效果最佳。下面分别对上述三种减摇装置进行介绍。 一．减摇水舱 减摇水舱主要分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。 A．被动式减摇水舱 将靠近船舯部两舷的水舱在底部用管道连接起来，舱内注入适量的水。利用船本身的横摇运动而引起水舱内水的物理运动来产生稳定力矩。它不要任何动力，所以称为被动式减摇水舱。它是各类减摇装置中比较简单、造价较便宜的一种。 被动减摇水舱（以下简称被动水 舱）最常用的是U型水舱和槽型水舱 （见右图）。 被动水舱的工作原理是使设计的 水舱内振荡的固有频率等于船横摇的 固有频率，这样在共振的情况下，水 舱是随船一起运动，而水舱里的水的 运动滞后横摇角90度。同时，当船横 摇的固有频率等于波浪的扰动力距频 率时，也发生共振，这时船的横摇角 滞后波浪力距90度。这样水舱力的水 的运动就滞后波浪扰动力矩180度。也就是说水舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区横摇减小。这就是所谓的“双共振减摇原理”。 被动减摇水舱仅在中等海况和在船舶初稳心高h限定范围以内，以很接近船舶固有频率附近提供有限的减摇效果，最好的减摇效果可达60~70%。离开共振区效果显著下降，在较长的遭遇周期上使横摇角增加。它的优点使设备简单、费用低及在任何航速下均有一定的减摇效果。 为了改善被动水舱的减摇性能，还有一种是可控被动减摇水舱。主要是在水舱通道上安装节流阀，通过横摇传感装置调节阀门开启和关闭的程度，控制水的流量，使这种减摇水舱比被动水舱能在较宽的频率范围内有效工作。 B．主动式减摇水舱 为了克服被动式减摇水舱的一些不足，有人提出了主动式减摇水舱。 主动式减摇水舱原理是依靠角速度陀螺感应船的横摇角速度信号，控制阀伺服机构，控制阀张开的大小由泵将水从一舷打到另一舷的水量建立稳定力矩。 主动式减摇水舱所需设备很多，主要包括控 制系统、伺服系统、测水舱内水头或压力、水流 速传感器、大功率的泵和原动机等（见右图）。 可见装置比较复杂，并且费用比较高，所以还没 有在实际中应用。 总之，减摇水舱对改善低速船、海上作业的浮 动平台等特种船舶的横摇性能具有独特的优点。

减摇鳍装置的工作原理与常见故障分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/4a2068741.html, 减摇鳍装置的工作原理与常见故障分析 作者：王双华 来源：《中国科技博览》2016年第07期 [摘要]本文介绍了减摇鳍装置的工作原理，在此基础上分析了收放式泵控型减摇鳍装置常见故障及解决方法。 [关键词]减摇鳍工作原理故障分析与解决 中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0016-02 1 前言 众所周知，船舶在海上航行时，受到风、流、浪的作用，会产生横摇、纵摇、艏摇和横荡、纵荡、垂荡六个自由度的运动。其中，尤以横摇最为剧烈，对船舶航行安全和船上工作人员及设备影响最大。减摇鳍装置就是以减小船舶在波浪海面上航行时的横摇角为目的而装备的一种特种设备，用以提高船舶的适航性，防止船上设备因剧烈摇摆而损坏，改善船员的工作、生活条件，特别为直升机在风浪中从船上起降创造了条件，是减摇效果最好的主动式减摇装置。 减摇鳍按执行机构分为非收放式和收放式两种形式，按控制原理分为阀控型系统和泵控型系统。目前装船的减摇鳍中，非收放式减摇鳍以阀控为主，收放式减摇鳍以泵控为主，本文重点介绍收放式泵控型减摇鳍装置。 2 减摇鳍装置的工作原理 减摇鳍装置就是在一定航速下，控制两舷鳍的转角产生升力从而产生减摇力矩的装置。如图1所示，减摇鳍装置中的鳍类似于鱼的侧鳍，成对地安装在船的“腹部”两侧，船舶在风浪中航行时，减摇鳍装置中横摇角信号传感器（本装置为角速度陀螺）检测出船舶横摇角速度电信号，经过一系列处理、放大、电液转换，驱动鳍转动一个相应的角度α，在水中运动的鳍和飞机机翼一样，在水流的作用下产生“升力”Py，两个鳍的转角大小基本相等、方向相反，形成一个与波浪力矩方向相反的稳定力矩Mst，从而减小船舶的横摇角。 根据分析研究，稳定力矩Mst=CyρSV2R，式中Cy为升力系数（与鳍转角α有关），ρ为海水密度，S为鳍面积，V为船舶航速，R为横摇力臂。由此可知，稳定力矩与鳍转角α、鳍面积S、航速V2、横摇力臂R成正比。对某一条船来说，设计制造后鳍面积S、横摇力臂R 不变，在一定航速下航行时，V基本上是一个常数，故控制鳍转角α也就控制了稳定力矩。由稳定力矩计算可知，减摇鳍减摇效果会受到船舶航速的影响，在低航速下减摇效果大大减小，甚至失去作用，因此也有将航速作控制量参与控制的，