全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

Assessing a maritime service website prototype in a ship bridge simulator: navigators’ experiences and perceptions of novel e-Navigation solutions

The aim of this study was to assess proof of concept and usability of a maritime service website prototype in a full-mission ship bridge simulator through Swedish mariners’ experiences and perceptions. This test was part of the European Commission’s EfficienSea2 project for e-navigation. The prototype was intended as an aid to existing standard systems and methodologies for planning, executing and monitoring voyages. The study began with 5 days of simulator trials focused on today’s standard practices. This served as a baseline to compare to subsequent 4 days of simulator trials testing the prototype. For data collection, observations, video footage, interviews, and eye tracking were used. Data analysis included breaking apart the qualitative data to capture the perceptions of the participants, and a preliminary analysis of eye-tracking data as a complement. The results suggested that the prototype could be more suitable for a route planning stage, that the participants were familiar with similar existing solutions from other manufacturers, and that the contents of the tool would be most beneficial if integrated within the Electronic Chart Display and Information Systems (ECDIS). There is a pressing need for the novel solutions to be user needs-driven, integrated with the existing technologies, and standardized across the domain, and these processes must go hand-in-hand with accounting for all involved stakeholders, procedures, regulations, and training, as this will alter the course of shipping.     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象，在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场，通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态，并与实桨对比，就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

港珠澳大桥建设对水沙环境影响数学模型研究——II. 模型的应用

对港珠澳大桥工程方案实施后潮流泥沙进行数值模拟,将桥墩附近网格进行加密处理,把桥墩本身刻画为固边界。根据数值模拟结果,对大桥工程实施后附近海区潮位、流速和潮量变化及水下地形冲淤变化进行了分析,研究结果表明,港珠澳大桥对伶仃洋海域潮流泥沙影响仅限于大桥附近,对伶仃洋滩槽格局没有影响,对伶仃航道没有负面影响。     

船舶碰撞后运动趋势的模拟计算

本文首先应用明诺斯基(Minorsky)一维碰撞理论,扩展为多自由度模型,描述船舶在碰撞瞬间的能量和运动的转化。以确定两船碰撞后运动的初始条件。船舶碰撞结束之后,开始进入惯性运动阶段,再以日本MMG小组提出的船舶操纵性数学模型为基础,根据基本物理定理,建立两船在互为约束条件下的运动数学模型,计算碰撞后两船的运动过程。最后,在可能出现的各种碰撞格局下进行模拟试验,确定比较符合实际的碰撞前的初始运动状态,为事故分析提供依据。研究表明,用此种模拟计算方法,能较好地计算出船舶碰撞后的运动过程,是一种分析碰撞事故的有效方法。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

龙溪口航电枢纽仿自然鱼道设计

为确定岷江航电龙溪口枢纽仿自然鱼道布置的合理性和设计基本参数，对工程河段开展鱼类资源调查和游泳能力测试。通过三维数值模拟计算验证鱼道池室尺寸与池室内流速关系，通过物理模型试验对鱼道内部水流流态、控制断面流速等水力学参数进行研究。提出仿自然鱼道设计方案：1)鱼道进口布置在发电厂房尾水渠末端，采用发电尾水诱鱼并在进口布设补水设施；2)鱼道采用藕节形+梯形断面结构，内设横隔，鱼道和横隔均采用天然卵石堆砌；3)下游河道左岸布设缓流平台，消除鱼类上溯流速屏障。试验结果表明，龙溪口仿自然鱼道池室内部流态多样性，流速满足过鱼要求。     

圆柱绕流研究进展及展望

圆柱绕流问题广泛存在于水利工程、建筑工程和环境工程之中。通过对前人圆柱绕流研究的成果整理和分析,将其分为解析研究、物理模型研究和数值模拟研究3个阶段,总结了单圆柱、双圆柱以及圆柱群绕流在流动形态和圆柱受力特性方面的研究进展。分析发现,现有研究主要集中于简单条件下单柱和双柱的受力特性和尾流流场结构,今后需进一步开展柱群在海洋立管、高桩码头和环境工程等复杂条件下的研究,开发尾流形态的主动控制技术。     

一种虚拟现实的深潜器运动仿真系统

本文提出了一种基于虚拟现实的深潜器运动仿真设计思想。文中简述了该仿真系统的硬件组成和软件体系结构、实时仿真算法以及仿真数学模型,同时也介绍了仿真系统的其它模块,如三维航迹显示模块和避碰检测模块等。文中最后给出了该系统的一些仿真结果和结论。     

Probabilistic modelling of the ultimate strength of ship plates with non-uniform corrosion

This paper presents the results of a parametric study of probabilistic modelling of the ultimate strength of ship plates with non-uniform corrosion represented by random fields. The load-shortening behaviour of the plates with non-uniform reduction of thickness due to corrosion under longitudinal compression is obtained using a general-purpose nonlinear finite element analysis program. A nonlinear time-dependent corrosion model is used to define the probabilistic characteristics of the random fields based on corrosion data measured in plate elements at different locations of bulk carriers. Based on the probabilistic models derived by Monte Carlo simulation, equations to predict the mean and the 5 % characteristic value of the ultimate strength of plates with non-uniform corrosion are developed. Finally a regression equation is proposed to take into account the effect of non-uniform corrosion patterns in the predictions of the ultimate strength of plates with uniform corrosion.     

某型水下航行器控制方案的半实物仿真

在以ＶＡＸｌａｂ计算机为主机的小型通用动力学半实物仿真系统上对某型水下航行器的运动进行了半实物仿真。给出了半实物仿真系统的基本组成和工作原理，讨论了水下航行器运动的仿真模型和实时积分算法。结果表明，该仿真系统结构合理，精度高，可靠性好，所采用的控制方案可使其满足使用要求，达到了预期的目的。     

海底地形辅助导航全面仿真技术研究

介绍了利用纯软件仿真的海底地形辅助导航系统(STAN),对系统体系结构、水下运载体、捷联式惯性导航系统、测深测潜仪、导航精度分析与评价以及电子海图与航迹规划等进行了综合研究,分别建立了相应的系统模型和数学模型并用VC 语言进行了实现。经过多种海底地形匹配算法的运行检验,系统设计合理,易于扩展和维护,实现了对STAN系统的原理和功能验证,为STAN系统工程化、实用化提供了一定的理论依据。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。     

Chebyshev Fitting Way and Error Analysis for Propeller Atlas across Four Quadrants

A Chebyshev fitting way for a propeller atlas across four quadrants is discussed. As an example, Chebyshev polynomialfitting results and its error analysis are given. Because it's difficult generally to get a propeller atlas across four quadrants,a wayis used to construct an alternative with higher accuracy based on the properties. As an application example, an alternative forthe propeller property of a Deep Submergence Vebicle across four quadrants is given practically and a simulation model of the     

移动脉动源的传播特性在池壁效应判别中的应用研究

受水池宽度的限制,波浪中航行的船模可能受到池壁效应的干扰,这种干扰作用的实质是船体的辐射—绕射波经池壁反射后作用于船模的结果。文章以点源为研究对象,采用等相分析法获得了Bessho型移动脉动源格林函数的远场传播波系。分析表明:移动脉动源的传播波模态与斯特劳哈尔数τ的大小密切相关,当τ0.25时远场波系中包含环形波、内侧楔形波及外侧楔形波三个模态;当τ0.25时远场波系中包含环形—扇形波、扇形波及内侧楔形波三个模态。进一步分析可知,当τ0.272时,环形波或环形-扇形波将出现在船模前方,此时的池壁效应不可避免;当τ0.272且船艏点源兴波的半楔角大于几何临界半楔角时,此时将存在池壁效应的干扰。文中在单船试验池壁效应判别分析的基础上,计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、两船相对位置和池壁几何参数,提出了采用四个几何临界半楔角的最小值判别波浪中并行航行两船模池壁效应的数值方法。     

舰载火箭弹弹道重构与模型验证

为了验证火箭弹系统六自由度仿真模型的可信性,建立用于弹道重构的系统状态模型和基于GPS观测数据的量测模型,运用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和TIC不等式系数法,探讨仿真模型静、动态性能的验证方法。以某型舰载火箭弹系统为研究对象,通过重构火箭弹飞行状态的误差参数,对其仿真模型进行定量验证。仿真结果表明,利用弹道重构方法对六自由度弹道仿真模型进行验证是有效的。     

基于Petri网的虚拟维修手部动素建模

针对虚拟维修仿真中手部动作仿真难度大、不容易控制的问题,提出基于Petri网手部维修动素模型,将虚拟维修手部动作根据维修操作封装为若干动素单元的组合,降低了仿真计算的难度,从而提高手部动作控制的精确性,以螺栓拆卸的手部动作建模过程为例进行验证。     

船舶在复杂海况下的实时运动仿真

给出一种工程实用的仿真方法，能实时地提供船舶在复杂海况下的动态响应数据，利用该方法所建立的运动仿真系统为研究和开发海洋工程动力定位技术提供了较好的调试环境，文中对两个不同算例的数值仿真结果，表明该方法对工程应用是可行的。     

基于AMEsim的船用柴油发电机组仿真

柴油发电机组中柴油机与发电机相互耦合连接为一个整体,二者对机组的电能品质输出均具有重要的影响。以往柴油发电机组的仿真过程中,对柴油机部分的仿真总是处于欠缺或不够精确,基于此,文章引入系统建模与仿真软件AMEsim作为现有机组仿真方法的补充,对某柴油发电机组进行了详细的系统建模与仿真,并分析了机组在负载变化时输出电压、转速等参数的变化特性。结果表明,利用AMEsim软件建立的模型具有较高的仿真精度,可作为柴油发电机组设计与研究的辅助手段。