[發明專利]一種基于三維圍裙變形的氣墊船陸上靜橫穩性計算方法

有效

• 申請號: 202110258367.3
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112883491B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 徐圣杰;劉暉;熊逸凡;方雄偉;湯宇嘉;孫軼凡;張宗科
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七0八研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本發明涉及一種基于三維圍裙變形的氣墊船陸上靜橫穩性計算方法，基于給定氣動力矩，根據全船升沉和橫搖運動自由度上力和力矩平衡獲得左、右氣室氣墊壓力，求解左、右氣室的流量、艇的橫傾角和重心高度；計算圍裙變形，進而獲得由于圍裙變形導致氣墊面積增大引起的恢復力矩；同時艇體的橫傾和重心高度變化導致產生了重力的傾斜力矩；重復上述步驟獲得無因次外力矩與橫傾角的曲線可作為衡量氣墊船陸上靜橫穩性的標準。本發明通過提出一種三維氣墊船穩性的數值計算方法，能夠在設計圍裙、風機及氣墊參數的過程中提供指導，對于提升氣墊船總體性能具有很大的工程實用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于三維圍裙變形的氣墊船陸上靜橫穩性計算方法，尤其是基于氣墊動力學、圍裙動力學和艇運動的三維圍裙穩性計算方法。

背景技術

氣墊船是具有航速高、水陸兩棲性、水下物理場小等優點，廣泛用于搶灘登陸、救援、邊境巡邏、掃雷、物資人員運輸等領域。圍裙是確保氣墊船具有兩棲特性的關重設備，與氣墊船的墊升性、穩性、適航性和安全性密切相關。

穩性是與氣墊船航行安全性密切相關的重要特性，主要由氣墊分割恢復力矩、圍裙變形恢復力矩等提供。穩性作為氣墊船總體性能的重要特性，關系到氣墊船在使用中的安全性，與常規船的穩性由浮力提供不同，氣墊船的穩性主要通過氣墊恢復力矩和圍裙變形產生的恢復力矩等提供，因此穩性與氣墊船的氣墊參數和圍裙成變形性能密切相關。氣墊船穩性應滿足一定范圍要求，穩性太小將會影響氣墊船墊態航行的安全性，太大則導致氣墊船響應性能變差，導致適航性較差。因此，穩性的計算對于確保氣墊船總體性能至關重要。氣墊船一般以一定艉傾角航行，因此縱向穩性一般易于滿足要求，而橫向寬度較短，且在航行中易于發生側漂，因此橫穩性是氣墊船圍裙設計中密切關注點。

氣墊船靜橫穩性主要分為陸上和水上靜橫穩性，由于存在氣體-水-柔性圍裙的三相耦合作用，水上靜橫穩性的計算仿真難度較大。通過試驗對比分析，一般情況下水上靜橫穩性約為陸上靜橫穩性的0.7，因此，通過計算陸上靜橫穩性，可掌握氣墊船的靜橫穩性特性。

目前，在公開文獻中對穩性估算時，將氣墊近似為矩形，基于二維圍裙典型剖面計算圍裙變形，進而計算氣墊船在不同姿態下的傾斜力矩，得到氣墊船的無因次穩性高。但實際上氣墊船圍裙為三維復雜曲面結構，通過二維圍裙典型剖面計算圍裙變形存在誤差，且難以對圍裙的變形及觸地特征進行形象對比分析，因此，在工程設計中，最終需通過氣墊船船模試驗對氣墊船的穩性進行驗證，費時費力，經濟性差。因此，在工程上迫切需要提出一種基于氣墊船三維圍裙穩性計算方法，從而能夠根據總體性能需求，有效地指導圍裙設計。

發明內容

本發明的目的是：提供一種氣墊船陸上靜橫穩性計算方法，能夠對氣墊船的靜態墊升穩性進行定量分析，從而指導圍裙及氣墊系統設計。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于三維圍裙變形的氣墊船陸上靜橫穩性計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲得氣墊船在初始平衡狀態下的氣墊特性參數，其中，氣墊船處于初始平衡狀態時，氣墊船的橫傾角為0°；

步驟2、建立氣墊船有限元模型，并分別施加步驟1獲得的氣墊特性參數后獲得設計狀態下的圍裙幾何成型，提取圍裙特征參數；

步驟3、在給定的氣墊分割力矩M_c下，根據升沉自由度上和橫搖自由度上力、力矩平衡計算左氣室墊壓P_cL和右氣室墊壓P_cR，升沉自由度以重心高度變化表征，橫搖以橫傾角表征；根據風機特性曲線和風機-風道-大囊-氣墊流量連續性方程求解得到左氣室囊壓P_bL和右氣室囊壓P_bR以及氣墊船的橫傾角α和重心高度h_g；