1889年减摇鳍技术由John. L Thorneycroft首先提出并获得相应专利,1923年日本的元良信太郎设计出第一套减摇鳍装置,并通过船舶上实物验证了减摇鳍的减摇效果。1935年一艘2200吨海峡渡轮上成功应用了布朗兄弟公司设计的减摇鳍,在此之后减摇鳍技术得到井喷式发展。1959年AEG公司和德意志船厂合作推出丹尼一布朗一AEG减摇鳍,大获成功。又如美国speery研制的折叠转动收放式减摇鳍,由于鳍片采用带襟翼设计,提高升力系数,因而被广泛用于商船上。目前国外研究减摇鳍的著名公司有英国布朗兄弟公司,丹尼公司,美国speery公司,德国AEG公司等。
我国对减摇鳍技术的研究从上世界60年代开始,主要有中船704研究所和哈尔滨工程大学等机构。目前在国内已经取得大量研究成果,我国研发设计的多种型号的减摇鳍已经应用于军船和各类商用船只。1966年,哈尔滨工程大学首次推出减摇鳍台架试验台,送至大连船厂装艇测试。目前哈尔滨工程大学的NJ等系列共16个型号的减摇鳍应用于各类舰艇240余艘,并出口巴基斯坦,泰国,斯里兰卡等国家。2013年,由中船704自主研发的超大型减摇鳍向国内外发布。另外我国利用减摇鳍与其他装置进行综合减摇的技术也在不断进步,拥有完全自主知识产权的联合减摇控制器于2014年由704所发布,将逐步用于公务执法船等领域,大大提高船舶的减摇能力。59217
同时,新的减摇鳍控制算法随着人们对减摇鳍技术要求的提高应运而生。最经典的便是PID算法,这种方法本质上是一种试凑的方法,人们利用经验计算得到合理的系数值使减摇鳍达到良好的减摇效果。但是PID算法的主要缺陷是他的不可适应性,在应对复杂的海况时,不能一直具有良好的效果,因而人们逐渐将智能控制的算法加入到传统PID控制中,比如模糊控制算法,它不依赖于数学模型而是依靠人类的经验建立模糊控制规则,因而设计出的模糊控制PID控制器在面对非设定海情时,具有更出色的减摇效果。同样鲁棒控制和变结构控制也逐渐被应用到减摇鳍控制器的设计中。随着针对海况非线性参数不确定性提出的变结构鲁棒控制器、抗干扰输出的非线性H∞控制,自适应神经网络等控制算法的不断加入,减摇鳍控制算法在应对海情时具有更高的适应性。
随着技术的进步,设计制造工艺的改进、计算机控制技术、传感器技术、网络技术的发展为减摇鳍今后的发展提供了更多途径,减摇鳍较从前有了较大变化:
(1) 先进的鳍翼提升了减摇效果,设计升力更高,阻力更小的鳍型,就能提高鳍的水动力性能。梯形襟翼鳍提供的升力远大于同等面积的不带襟翼的鳍,实际应用中便可以减小装船鳍面积,Rolls-Royces 公司为收放式减摇鳍设计的鳍鳍翼稍带止流板,有效阻止了航行时鳍翼高压一面的水通过翼稍流向低压面,减少了鳍翼的升力损失。
图1-6 各种新型鳍翼设计
(2) 现代化的人机接口
随着计算机技术的发展,通过组态软件来监控减摇鳍工作状态,利用触摸屏技术代替传统按钮是未来的重要发展趋势论文网。利用软件代替硬件,减少了设备老化损坏可能带来的问题,软件具有更高的可靠性可变性。通信技术的发展也改善了原来模拟信号时代信号多缆线多的情况,人们在驾驶舱内就能收集掌握到船上各种信息。
speery公司电控设备
(3) 升力反馈技术的应用
传统减摇鳍反馈中使用鳍角反馈,传感器采集的是鳍角信号,根据鳍模型的水动力试验得到鳍角和升力的对应关系。当船在动态水中对应关系不再像在静水中,存在误差。使用力传感器直接转载到减摇鳍鳍片上,直接测量力矩,便可以弥补鳍角反馈的缺陷。