实际海浪环境中舰船大尺度模型试验研究进展

目前对舰船总体性能的研究主要是依靠数值计算、水池模型试验、实际海浪环境大尺度模型试验以及实船海试等方法,以上各种方法均有一定的适用范围。实际海浪环境中舰船大尺度模型试验技术是采用适当缩尺比的自航船模在自然水域环境中进行的试验,可以研究舰船在开阔海域自由航行状态下的各项航行性能。分析各种舰船总体性能研究方法的优缺点,针对目前舰船总体性能理论与试验研究存在的问题分析开展舰船大尺度模型海上试验研究的必要性,综述国内外大尺度模型试验技术的发展现状,最后针对该试验技术中的关键技术及热点问题进行总结与展望。     

真实海况下船舶水弹性响应及砰击载荷的大尺度模型试验研究

现有的船舶波浪载荷模型试验大多是在水池环境中开展的,然而受水池尺度、造波能力、模型航行范围以及尺度效应等方面的影响或限制,水池模型试验并不能完全真实地反映出实船海上航行时的水动力学性能.事实上,真实海浪具有非线性强、随机性强、方向分布广等特征,因此研究船舶在真实海浪短峰波中的水动力学性能对于指导实船设计研发具有重要的指导意义.实际海浪环境中,舰船大尺度模型试验是一种新型试验技术,综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优势.本文提出了大尺度模型波浪载荷与砰击载荷试验技术,建立了一套稳定可靠的大尺度模型海上试验测试系统,并提出了恶劣海况下大尺度模型耐波性及波浪载荷试验实施方案,进而基于大尺度模型试验数据分析了船舶在真实恶劣海况下的运动与载荷响应及砰击载荷特性.     

浅析海浪及其对舰船航行安全的影响

由于受到天气因素的影响,使舰船航行安全受到威胁,虽然在舰船航行中多次使用抵抗海浪和导航定位技术,但是环境问题依旧是威胁舰船航行安全的主要原因,特别是在海浪环境下航行的舰船,极有可能发生灾难事故。     

基于系统辨识的大尺度模型耐波性试验实船响应外推预报

实际海浪环境中大尺度模型耐波性试验是一种新型试验技术,具有风浪环境真实、模型航行范围开阔和尺度效应小等优点,解决了水池试验和实船试验中存在的一些问题。该试验技术是研究真实海况中船舶响应的有效方法,因此近年来得到了广泛的研究关注。然而该试验技术目前仍存在一些尚未解决的问题,如何将大尺度模型测试数据准确外推换算至实船响应是一项关键技术。为此,本文提出了基于时间序列分析的实船响应外推方法,根据大尺度模型在某海况下的波浪及模型响应测量数据,基于系统辨识求解船舶的非线性时域响应函数,进而外推实船在其他任意输入海况下的运动响应。     

沿海风浪环境下大尺度船模耐波性试验研究

利用浮标式浪高仪对沿海海浪环境进行测量分析,建立适合在沿海开展试验研究的大尺度遥控遥测自航船模测试系统,开展同吨级圆舭船型和深V复合船型大尺度船模在沿海风浪环境下的耐波性试验研究,并将试验结果与拖曳水池小尺度模型试验测试结果进行对比分析。试验结果表明深V复合船型耐波性较圆舭船型得到大幅改善,且沿海风浪环境下大尺度模型运动特征与水池小尺度模型有较大差别。     

利用缩比模型CFD数值模拟计算舰船舰面空气流场相似准数的影响探讨

舰载航空系统是现代舰船的重要组成部分,舰船空气流场对舰载机起降的安全性有明显的影响,因此,舰船空气流场特性研究对全船总体性能具有重要意义.目前,对舰船空气流场的研究方法主要有实船测量、模型试验及数值模拟等方法,利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行CFD数值模拟具有成本较低和周期较短的优点.缩比模型计算需要考虑相似性问题,文章针对此问题从缩比模型的采用、流场模型试验时相关的相似准数影响等方面加以讨论,其中还针对模型试验时不同雷诺数的影响进行了数值模拟计算.     

基于ES/DB的舰船航行性能设计系统结构研究

概述了ES／DB技术在船舶航行性能设计中的应用状况，并通过对舰船航行性能设计复杂性的分析，结合专家系统和数据库技术的特点，提出了一个基于ES／DB技术的舰船航行性能设计系统，并对其总体功能结构和关键技术进行了研究和探讨。     

短峰波中船舶运动与波浪载荷的频域水弹性理论与试验研究

传统的耐波性及波浪载荷理论与试验主要针对船舶在二维长峰波中的运动与载荷响应进行预报,然而实际海浪是三维短峰波。研究表明,基于长峰波的理论计算及水池模型试验所预报的船舶运动与载荷响应与实际情况存在一定的差异,且三维波浪的方向扩散特性是影响船舶运动与载荷响应的重要因素之一。为了研究短峰波中船舶运动与载荷响应特性及其与长峰波中响应的差异性,本文首先基于三维水弹性理论计算船舶在规则波中的频域响应,然后基于二维谱分析法将其扩展至短峰不规则波中船舶运动与载荷响应预报,进而分析短峰波方向扩散函数对于船舶运动与载荷响应的影响,最后基于实际海浪环境下大尺度模型水弹性试验数据验证理论计算结果。     

舰船海上航行的运动预测研究

通常情况下,舰船在风浪环境下航行。在海浪的扰动作用下,舰船海上航行很容易发生摇荡,导致船体出现倾斜。特别是小型的舰船,其船体倾角最大超过15°。在实战期间,如果舰船出现摇荡,将直接影响船载火炮操纵的效果,使火炮发射的准确率下降,不利于船载火炮作用的发挥。在这种情况下,为确保舰船航行的稳定性,要针对其运动展开科学预测。基于此,本文将舰船的海上航行运动预测作为主要研究内容,从而提升舰船的运动预测能力。     

基于地理信息系统的舰船智能导航研究

高精度智能导航算法在舰船航行过程中十分重要,当前高精度智能导航算法无法对一些盲区无法进行准确导航,为了解决当前舰船导航算法存在的缺陷,设计了基于地理信息系统的高精度智能导航算法。首先分析了高精度智能导航研究现状,然后引入地理信息系统采集舰船航行的信息,并采用容积卡尔曼滤波构建高精度智能导航算法,实现对舰船航行状态跟踪,最后通过仿真对比实验对舰船智能导航性能进行测试和分析,结果表明,本文算法不仅可以高精度实现舰船智能导航,适应各种复杂环境的安全航行,而且导航效果要优于当前其他智能导航算法,实际应用价值更高。     

船模阻力评估模块开发

依托数值水池创新专项,文章借助商业软件STARCCM+方便的可视化界面以及工程应用的经验,探索出了一套船舶阻力计算策略,然后通过策略移植和转化,开发出了基于Open FOAM的船模阻力评估模块。为了达到工业化应用的要求,在开发船模阻力评估模块时不仅力求精确性而且还要兼顾鲁棒性。最后在12艘不同类型单桨商船25个工况点的测试计算中,所有样本点的计算精度都达到了3%以内,船模阻力评估模块的工程实用性得到了验证。     

4.6万t大型多功能化学品船船型研究

介绍 4.6万 t大型化学品运输船主尺度分析、船体线型设计及优化试验研究全部结果 ,并提供了实船试航与船模试验结果的分析比较 ,该船与国际上同类船舶比较 ,为经济高效节能船型     

新型船舶运动控制平台及海上试验

研制出一艘以水动力学相似准则缩尺的无人驾驶遥控模型船，模型船装有PC／104为主控计算机的船舶控制器，模型船由岸上主PC机遥控，用Honeywell公司的HMR3000碰罗经测量航导，用差分GPS系统定位，自主控制和推进，该遥控篡自治船舶运动控制已经进行了两次海上试验并取得成功，本文介绍该平台的系统设计，控制系统硬件和软件和海上试验经。     

船模与实船水下电场相似性分析

舰船水下电场信号作为重要的物理特性已受到广泛的关注和研究。通过研制船模并进行水下电场实验室测量来了解实船水下电场分布情况,可以较好地解决舰船水下电场的海上测量较困难这一问题。通过引入相似性原理,分析比例船模的电场分布与实船电场分布的相似性关系,提出满足相似性的电场船模设计准则,实船和船模水下电场对比实验验证了相似性准则的有效性。     

Difference in ship motion and wave load in long and short crested irregular waves北大核心CSCD

[Objective]To investigate ship motion and load responses in realistic 3D waves and overcome the limitations of the traditional 2D wave assumption, this paper develops a method for predicting ship motion and load responses in short-crested waves. [Method]The long- and short-term responses of ship motion and load in long- and short-crested waves are numerically predicted using the spectral analysis and statistical probability methods, respectively. The influence of directional function on ship response is also numerically analyzed. Moreover, tank model tests and a large-scale model sea trial are comparatively conducted to validate the difference between ship response and statistics in long- and short-crested irregular waves. [Results]The results show that when navigating against the waves in the same sea condition, the long-crested wave assumption overestimates the statistical mean value of ship load response, but underestimates extreme load in real seas. For long-crested waves, the ship motion and acceleration power spectrum is concentrated around a certain frequency band. [Conclusion]Ship motion and load responses in realistic 3D waves are significantly different from those in 2D long-crested waves. The directional function of short-crested waves also has a significant effect on ship motion and load responses. © 2023 The Author(s).     

数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用

船舶物理模型试验周期长,费用昂贵,外界干扰因素难以控制,测量技术也有待发展,而计算机模拟的数值波浪水池具有费用低、无触点流场测量、无比例尺效应、能消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响,可获得较为详细的流场信息等优点。本文报道了作者在Fluent软件平台的基础上,经过二次开发,在所建立的数值水池中对船舶快速性、船舶与海洋结构物耐波性能等的研究进展。研究表明,数值水池可准确计算模型尺度下的高速船舶的阻力,可准确地模拟再现船舶与海洋结构物周围的自由面波形,计算预报波浪中实尺度船舶与海洋结构物的受力和运动,以及高海情下结构物所受到的冲击力等。     

鳍/被动水舱联合减摇理论研究

本文在综合分析减摇鳍与被动减摇水舱两种减摇装置的优缺点的基础上,考虑某些特殊用途的船舶以及一些大型的军用舰艇在全航速下对船舶平衡要求较高的情况,采用了一种优良的全航速下的减摇方案--减摇鳍与被动水舱联合减摇装置.这种减摇装置将减摇鳍与被动水舱有效结合,有效地克服了减摇鳍与被动水舱的缺点,同时也放宽了对鳍静特征数的要求,这对于装有不可收放式减摇鳍的船舶具有实际意义.针对上述联合减摇装置建立了船舶/减摇鳍/水舱的数学分析模型,并进行了分析讨论.通过对一实船的理论计算,结果表明:鳍/被动水舱联合减摇方案与其它减摇装置相比有明显的优越性,这种装置弥补了减摇鳍和减摇水舱具有的缺点,为船舶减摇提供一种减摇的方法.同时,可在此基础上增加装置的功能,达到一定的经济性.     

营运船舶航行性能和海洋环境监测平台开发验证

EEDI是衡量船舶能效水平的重要指标.由于试验条件限制,目前主要还是依靠模型试验结果对交船测试进行修正换算得到.上海船舶运输科学研究所自主研发了航行性能和海洋环境监测平台,可对营运船舶开展长期跟踪监测,实时收集船舶营运阶段的航行环境和性能参数,通过自动识别航行状态,划分海区、海况和船舶载况等因素对于船舶功率与航速的影响,可获得营运船舶实际EEDI指标,提高EEDI实船验证结果的准确性.监测平台在某万箱级集装箱船进行相关验证,并已展开长期监测.     

混合对转推进系统设计与实船应用研究

为全面深入了解混合对转推进系统实船安装对船舶性能影响,为数值仿真和性能预报提供实船参考数据,以集装箱运输船为应用对象,提出了一种把吊舱推进器集成在挂舵臂上的混合对转推进系统(CRP-POD),详细阐述了CRP-POD的系统构成、工作模式和电气控制系统实船设计方案。通过实船试验和运行数据分析,安装混合对转推进系统的船舶与同系列安装常规推进系统的船舶相比,特定航行工况下航速有2~3%的提升、回转能力有所降低、航向稳定性上优于常规船。     

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。