本发明属于极地气垫船运动学建模，具体涉及一种极地气垫船垫升动力学系统的建模及仿真方法。
背景技术：
1、在转运物资和运输工具方面，相对于传统运输工具雪地车和直升机，极地全垫升气垫船具有显著的优势。极地全垫升气垫能够依靠底部围裙系统将船体和航行面脱离，不与冰面和水面直接接触，从而具有高速的航行性能以及优越的越障能力，同时极地全垫升气垫船也拥有良好的运输能力。因此，拥有一种适合的极地气垫船对我国极地事业的发展具有重要意义。
2、全垫升气垫船的船体在航行时完全离开航行面，柔性围裙将垫升风机产生的压缩空气封闭在内防止其外逸，并且风机持续不断工作已补充溢出的空气。这会导致气垫船和航行面之间的阻力很小，阻力的减小会带来气垫船抗风浪能力的下降。当全垫升气垫船高速航行时，容易产生突然的失稳现象，艏部围裙缩进导致气垫的低头埋艏现象，进而导致翻船事故。另外，极地气垫船主要是在冰面上航行，面临着航行区域复杂的问题。气垫船在冰区航行时接触的介质主要是平整冰面、覆雪冰面、冰水混合物等，其边界条件不断变化，从而影响气垫平台的稳定性。同时，由于冰雪的摩擦力更小，气垫船更容易发生侧滑和甩尾等危险现象。因此，建立准确的气垫船运动学与动力学模型是保障气垫船操纵安全性的基础。通过详细研究气垫船的垫升原理，建立详细合理的气垫船垫升运动学和动力学模型，能够极大提高气垫船航行的稳定性和安全性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供的是一种能够准确有效地模拟t型气室分割的极地气垫船垫升过程的运动规律，简化气垫船垫升过程中动力学数据计算的三气室气垫船垫升全过程动力学系统控制仿真方法。
2、本发明的目的是这样实现的：
3、一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征是包括如下步骤：
4、第一步，将该模型的主要参数，输入到三气室极地气垫船垂向运动的动力学模型中，上述模型的主要参数包括气垫面积、气垫长、气垫宽、三气室对应面积、围裙高度、三气室中心点距离船体中心点的纵向距离、三气室中心点距离船体中心点的横向距离、三气室对应长度、三气室对应宽度、空气密度、气垫周长、气室间的泄流系数、气室向大气的泄流系数、气囊向气室的泄流系数、囊孔的单位面积、囊孔总面积，输入风机相关参数，包括风机数、风机直径、每组风机叶轮折算数、风机出口面积系数、风机入口压力损失系数及风机出口压力损失系数；
5、第二步，通过运动学仿真模块的实时计算，得到t时刻气垫船三个气室中心点距离地面的高度zt0；
6、第三步，输入三个气室中心点距离地面的高度到动力学仿真模块中，按下式计算作用在三个气室中心处的垂向力zt
7、ztci＝pc0i×si (1)
8、式中：ztci——作用在三个气室中心处的垂向力；
9、pc0i——三个气室中的气体压强；
10、si——三个气室的气垫面积；
11、第四步，通过运动学仿真模块的实时计算，得到t时刻气垫船船体的横倾角φ与纵倾角θ；
12、第五步，将t时刻气垫船船体的横倾角φ与纵倾角θ输入到动力学仿真模块中，按下式计算三个气室中心处的垂向坐标zo；
13、zoi＝lix×sinθ+liy×sinφ-d0 (2)
14、式中：zoi—三个气室中心处的垂向坐标；
15、lix—三个气室中心点距离船体中心点的纵向距离；
16、liy—三个气室中心点距离船体中心点的横向距离；
17、d0—ned坐标系中船体中心处的垂向位移，且一直为负值；
18、第六步，输入三个气室中心的垂向坐标zoi，按下式计算三个气室的气体体积cvi；
19、cvi＝si×zoi (3)
20、式中：cvi—三个气室的气体体积。
21、第七步，输入t时刻气垫船船体的横倾角φ与纵倾角θ，按下式计算三气室气垫船船体八个定位点的泄流高度z；
22、
23、式中：zi—三气室气垫船船体八个定位点的泄流高度；
24、bc—气垫船气垫；
25、第八步，输入八个定位点的泄流高度zi，输出三个气室中心处的平均飞高hfly；第九步，输入三个气室中心处的平均飞高hfly，输出三个气室的泄流面积aci；
26、第十步，输入三个气室起始气体体积与t时刻时气体体积，计算三个气室的泵气流量qbi，
27、
28、式中：qbi—三个气室的泵气流量；
29、cv0i—三个气室内垫升前的气体体积；
30、t—气垫船垫升时间；
31、第十一步，在进行气室向大气泄流的计算时，采取以下方法：比较此时气室内的气体压强与大气压强，如果大气压强大于或等于气室内的气体压强，则认为这一状态下气室不向大气泄流；
32、第十二步，按下式计算各气室间的泄流面积anij；
33、
34、式中：an12、an23、an31—两气室间的泄流面积；
35、l12—气室1和气室2之间的泄流长度；
36、l31—气室3和气室1之间的泄流长度；
37、l23—气室2和气室3之间的泄流长度；
38、气室1和气室2之间的泄流长度可用下式计算：
39、
40、气室3和气室1之间的泄流长度可用下式计算：
41、
42、气室2和气室3之间的泄流长度可用下式计算：
43、l23＝lc-b1 (9)
44、式中：b1—气室1的长度；
45、第十三步，输入各气室间的泄流面积anij以及相邻两气室的气体压强，按下式计算各气室间的泄流量qij；
46、
47、式中：kpp—气室间的泄流系数
48、ρ—空气密度
49、第十四步，输入三个气室的泄流面积aci及三个气室内的气体压强，按下式计算各气室气垫向大气泄流量qci；
50、
51、式中：qci—三气室气垫向大气泄流量
52、kpi—气室向大气的泄流系数
53、第十五步，输入气垫向大气泄流量qci、气室的泵气流量qbi以及气室间的泄流量qij，按下式计算风机流量qn
54、
55、式中：qn1、qn2、qn3—三个气室的输入流量
56、qn—风机流量
57、第十六步，输入风机流量qn，按下式计算风机出口压力pn：
58、pn＝-108815×qn2+60.735×q+5891.4 (14)
59、式中：pn—风机出口压力
60、第十七步，输入风机出口压力pn和风机流量qn，按下式计算三个气室垫压pci
61、
62、式中：pci—三个气室垫压
63、pn—风机出口压力
64、k1—围裙囊孔阻力系数
65、chi—风机入口压力损失系数
66、cho—风机出口压力损失系数
67、l—风机数
68、n—每组风机叶轮折算数
69、d—风机直径
70、rso—风机出口面积系数
71、第十八步，输入各气室垫压pci以及风机流量qn，按下式计算三个气室对应气囊的囊压pni
72、
73、式中：pni—三个气室对应气囊的囊压
74、fi—三个气室对应的囊孔面积
75、第十九步，将计算的囊压、垫压输入到船舶运动学仿真模型中，按下式计算船舶的总的垂向力、横倾力矩、纵倾力矩
76、
77、式中：zt—船舶受到的总的垂向力
78、kt—船舶受到的横倾力矩
79、mt—船舶受到的纵倾力矩。
80、有益效果：
81、本发明深入剖析了t型气室分割极地气垫船在垫升全过程中所展现的动力学特性，深入研究了气垫船的垫升原理。在此基础上，成功构建了一个精确的三气室气垫船垫升动力学系统的数学模型，并发展了一套针对该系统的优化控制策略。此外，我们还设计并实现了一个高度仿真的模型，该模型能够精确模拟三气室气垫船在垫升过程中的运动规律。本发明最终应用于三气室气垫船垫升控制设备的研制中，也可应用于气垫船垫升控制系统模拟器设计中，对气垫船六自由度运动操纵模拟器的设计也提供了坚实的技术基础，具有比较重要的工程应用价值。
1.一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的一种t型气室分割的极地气垫船垂向运动的仿真方法，其特征在于，所述第1步中模型的主要参数包括气垫面积、气垫长、气垫宽、三气室对应面积、围裙高度、三气室中心点距离船体中心点的纵向距离、三气室中心点距离船体中心点的横向距离、三气室对应长度、三气室对应宽度、空气密度、气垫周长、气室间的泄流系数、气室向大气的泄流系数、气囊向气室的泄流系数、囊孔的单位面积、囊孔总面积，输入风机相关参数，包括风机数、风机直径、每组风机叶轮折算数、风机出口面积系数、风机入口压力损失系数及风机出口压力损失系数。
