不均匀流中船舶操纵运动仿真模型及应用

本文给出不均匀流中船舶操纵运动数学模型，研究了在不均匀流中作用于船体上流体动力的估算及不均匀流场的生成，提出了不均匀流中船舶操纵运动的仿真方法。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用。     

基于数理统计法的舰船运动数学模型

传统的舰船运动数学模型没有考虑到海上复杂情况对舰船运动的影响,导致舰船航行过程中容易发生碰撞现象,为此设计一种基于数理统计法的舰船运动数学模型。建立舰船运动坐标系,利用固定坐标系与运动坐标系描述舰船位置情况,采用数理统计法整理舰船航行数据,在模型中计算风、浪、流的干扰,以真实模拟舰船运动情况,并建立舰船智能避碰决策机制,以此完成舰船运动数学模型的构建。通过实验证明,此次设计的基于数理统计法的舰船运动数学模型比传统舰船运动数学模型发生碰撞次数少,证明了此次设计的舰船运动数学模型的有效性。     

船舶动力定位系统的数学模型

阐述了船舶动力定位系统的发展，给出了完整的动力定位系统的船舶低频与高频运动、推力器、风、浪、流等数学模型，最后给出了综合运动模型。     

波生近岸流的数学模型研究

在理论上和数值技术上对已有的基于辐射应力理论的波生近岸流数学模型进行了改进,(1)使用考虑非线性作用的多向不规则波联合折射绕射数学模型确定波浪场,以期波场计算更加准确;(2)根据Dally等的研究成果,在波生流运动方程中加入破波切应力作用项,在辐射应力公式中加入了卷破波和波动Stokes漂流(Stokes drift)造成的向岸质量通量项,以期在破碎带内运动方程和辐射应力更为合理;(3)建立了基于两种网格的两套数学模型,即三角形网格有限差分数学模型和矩形网格有限差分数学模型,基于这两种网格的数学模型能满足近岸波生流场的模拟需要。就一模型海区对该文的模型进行了应用。     

船舶在风浪流及浅水域中多工况操纵运动模拟计算

本文收集了有关船舶操纵运动数学模型和船桨舵水动力计算方面的文献和资料,并在自航船模于不同水深和不同主机工况下操纵运动试验结果的基础上,应用流体力学、参数辩识等方法,给出了不同水深情况下船桨舵四象限水动力及其干扰系数和风、浪、流对船舶作用力的计算公式,建立了可综合预报船舶在风、浪、流及浅水域中多工况操纵运动的数学模型和计算程序。与自航船模试验结果的比较表明,本模拟计算方法的计算精度是可以接受的。     

大型船舶浮筒系泊断缆事故分析

本文以日本MMG非线性数学模型为基础。计入船舶在低速、大漂角运动下的影响,建立了系结浮筒船舶在风压力和流压力作用下的偏荡运动数学模型,然后对“雪海”轮以不同风速、流速和各种系挂方式进行了模拟计算,分析了“雪海”轮断缆的主要原因,提出了安全系泊的措施。     

二维水流数学模型在马家咀航道整治工程防洪评价中的应用

通过建立的基于有限体积法的平面二维非恒定流数学模型,对马家咀航道整治一期工程建设前后的河道水流运动进行模拟计算。结果表明:工程建设前后工程河段水位变化较小,工程附近河段水流流态及水流流速分布无明显变化。研究建立的二维水流数学模型可准确模拟工程河段水流运动,能在防洪影响评价中对工程前后河道水流、水位变化变提供较为可靠的依据,具有实用价值。     

两相流全沙数学模型理论及其在台山电厂港口工程研究中的应用

本文提出用两相流连续方程和运动方程描述底沙推移质运动过程的理论和方法，建立了考虑潮流波浪水动力条件下的两相流全沙数学模型，并用于解决台山电厂港口建设中的泥沙淤积问题，得到了实测资料的初步验证。     

船舶在风、流环境下的操纵性数字模型

系统地论述船舶操纵仿真数学模型及计算机模拟,并以MMG操纵运动数学模型及相关的系列实验结果为基础,建立单(双)桨方形舵(流线型舵、单板舵)运输船舶的基本模型,以及在水动力、螺旋桨推力、舵力及其力矩、静水、风、流中的操纵运动模型,导出该模型的无因次化方程组,选择欧拉积分法,积分求解该方程组。利用VB程序模拟了船舶回转运动,其计算结果基本符合实际情况,最后对结果进行了分析。     

大型集装箱船旋回性分析

为了深入研究大型集装箱船的旋回性能,分别运用整体型船舶运动数学模型和分离型船舶运动数学模型,对船舶的旋回性进行对比分析,通过对仿真结果的定性定量分析,比较不同模型的特点,运用精度较高的模型进一步研究风、流等外界因素对大型集装箱船操纵性的影响,对航海模拟器的研发具有重要意义。     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。     

小型船舶电力推进控制系统的研发

船舶的动态特性具有强耦合、非线性、大时滞和大惯性等特点,并且风、流和浪等外部随机干扰也随着不同海况发生很大的变化,推进控制很难用精确的数学模型进行描述.根据船舶螺旋桨的推进特性,在阐述小型船舶电力推进系统的组成及运行特点的基础上,分析了推进电机控制的要求.采用矢量型变频器,设计了以菲尼克斯PLC为核心的控制系统,分析了系统的硬件配置和软件编程.实验结果表明,设计的控制系统能够满足控制功能要求,改善控制性能,提高系统控制可靠性.     

系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析

应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性。以三阶操纵运动方程为基础,引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力,建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上,建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在风浪流联合作用的情形下,对一艘单点系泊油轮的动力学行为进行了仿真研究。以潮流速度和系缆程度为分岔控制参数,在参数平面上给出了局部分岔集。研究表明,系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域。极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。对于单点系泊船舶而言,顶风顶浪顶流的状态并不一定是最为危险的工况。局部分岔集的确定为系泊系统参数的选择提供了决策依据。     

Path optimization for marine vehicles in ocean currents using reinforcement learning

This study proposes a path planning algorithm for marine vehicles based on machine learning. The algorithm considers the dynamic characteristics of the vehicle and disturbance effects in ocean environments. The movements of marine vehicles are influenced by various physical disturbances in ocean environments, such as wind, waves, and currents. In the present study, the effects of ocean currents are the primary consideration. A kinematic model is used to incorporate the nonholonomic motion characteristics of a marine vehicle, and the reinforcement learning algorithm is used for path optimization to generate a feasible path that can be tracked by the vehicle. The proposed approach determines a near-optimal path that connects the start and goal points with a reasonable computational cost when the map and current field data are provided. To verify the optimality and validity of the proposed algorithm, a set of simulations were performed in simulated and actual ocean current conditions, and their results are presented.     

海上风电场风机桩基局部冲刷计算

建设海上风电场时,风机所处的环境十分复杂,在风、浪、流等要素的影响下,风机桩基周围会出现冲刷坑,而风机桩基的局部冲刷深度是工程设计的重要参数.采用胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的两个桩基局部冲刷经验公式进行验证,并对拟建的风电场工程风机桩基的局部冲刷深度进行计算,计算结果具有一定的参考价值.     

大连长兴岛北港区波浪条件数值模拟研究

利用国际通用的MM5风场模式和SWAN浪场模式,通过推算影响工程海域的台风和寒潮大风天气过程,得到工程海域-30 m等深线处不同重现期设计波要素,然后采用MIKE 21 NSW和BW波浪数学模型,对工程规划方案设计波要素和港内波况进行了计算。结果表明:工程受N向和NNE向风浪影响相对较大,外海波浪传播至防波堤处无明显衰减;设计高水位重现期50 a时防波堤处最大H1%约7.3 m;防波堤对港内围堰掩护较好,建成后港内波浪条件明显改善。     

大风期黄骅港外航道的骤淤估算及防淤减淤措施探讨

黄骅港运用后,偏北大风引起外航道的泥沙淤积严重。根据2002年及2003年的实测数据,本文使用新近完善的风、浪、流共同作用下的输沙公式及已编制成的大风期航道回淤预报程序,进行回淤的验证和计算,计算表明:预报结果与实测比较相当符合。参考已有的文献资料,提出了用潜堤作为防淤减淤的措施。     

海浪中船舶运动的可视化技术

介绍了船舶在海浪中运动的可视化技术。给出了可视化设计过程的流程图，并讨论了建立船舶模型的可行方法和三维波浪模型的数学模型，以及如何应用OpenGL函数库来生成船舶在海浪中运动的动画。在讨论可视化技术时，使用了具有平台独立性的OpenGL图形库。     

船舶倾覆机理的新见解

利用“对振式可控力矩横摇装置”进行船模允许甲板入水的系列激振横摇实验，得到非线性横摇的实际而准确的数学模型，据此通过风浪联合作用下的动态横摇过程的数值模拟，探讨船模在横风横浪下的倾覆机理，从而形成新见解：翻船是动力横摇的极限运动，临界倾覆于高位平衡点稳定性的丧失。     

江苏如东附近海域风浪场的数值模拟

介绍国际上较为先进的第3代近岸波浪数学模型SWAN模型。先选用水下圆形浅滩试验对模型进行验证计算，再对江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下的波浪场进行了模拟，通过与现场测量结果的比较，表明SWAN模型可以较合理地反映江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下风浪的成长和传播过程。