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新型舰船过驳波浪补偿系统关键性技术研究

陈爱国

  舰船水上过驳对扩大港口通航能力、提高港口对环境变化的适应能力、减少港口建设投资风险和提高现代海军舰艇续航力等方面都有明显的效益。但由于舰船在海上过驳时要随风浪作横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等六个自由度的波浪运动,容易造成起重机所吊货物的粗暴着舰,撞击速度过大,或滑移偏离正常着舰点,严重时甚至与甲板上层建筑物相撞,造成事故,尤其是过驳弹药等易燃易爆物品或其他易碎物品时,危险性更大。实践表明,在水文气象条件超过3级海况时,使用普通的起重机是很难进行过驳吊运的,而据世界海岸线的海况资料显示,大约有50%的时间发生三级或三级以上海况,因此本课题研究的新型舰船过驳波浪补偿系统关键性技术对于拓展水上过驳波浪补偿的应用具有重要意义。 本文采用理论研究、计算机仿真和模型试验相结合的研究方法。解决的关键问题包括:新型舰船过驳波浪运动检测技术;加速度积分成速度与位移的有效积分方法;修正积分误差和解决补偿延迟问题的舰船波浪运动预报新技术;实现舰船过驳六自由度波浪补偿的执行机构。 首先,论文通过数学建模与理论推导建立了基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测系统和基于电子罗盘与加速度计的舰船波浪运动检测系统,提出了通过1个三轴加速度计和3个两轴加速度计或者1个罗盘和1个三轴加速度计来检测舰船的波浪运动,并购建了其软硬件系统。 然后,通过购建加速度数据检测舰船模拟运动实验系统检测加速度数据,分别对加速度计的零漂和积分进行了统计分析和频谱与仿真分析,提出了对加速度信号软件积分中去直流分量、低频分量和高频分量及积分常数项对积分累积误差影响的解决措施,提出了加速度信号有效时域积分和频域积分的方法。 其次,论文对基于积分系统的舰船波浪运动频谱预报技术进行了研究和改进,极大地纠正了积分误差,有效地进行了较长时间的波浪预报。 再次,购建了舰船过驳波浪运动试验模型,利用研制的基于电子罗盘和加速度计的舰船过驳波浪运动检测系统进行了检测试验和数据处理与分析,验证舰船过驳波浪运动检测系统和数据处理方法,并利用相似准则,得出了过驳母型实船的相对波浪运动数据,为舰船过驳六自由度波浪补偿系统的研究提供支撑。 最后,通过对六自度并联机器人位姿反解建模、运动学建模、动力学建模、位姿正解建模的研究,基于舰船过驳波浪运动的试验结果,优化设计出过驳舰船波浪补偿六自由度并联机器人,并且通过研究设计了舰船过驳波浪补偿控制信号系统和液压系统,对实船过驳补偿进行了仿真,开发了舰船过驳波浪补偿试验模型实际处理系统。 通过对新型舰船过驳波浪补偿系统关键性技术的研究,获得了基于加速度计阵列和基于电子罗盘与加速度计的舰船过驳波浪运动数据采集技术、实现加速度有效实时积分的积分技术、基于改进的舰船波浪运动频谱预报技术的积分纠正与预报技术、利用六自由度并联机器人实现舰船过驳波浪运动全部六个自由度补偿的技术等关键性技术,为实际的过驳舰船新型波浪补偿系统的设计和制造提供了很好的参考依据。……   
[关键词]:舰船;过驳;波浪补偿系统;加速度计;六自由度并联机器人
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华南理工大学2011年
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