多普勒计程仪测流速精度考核试验研究

针对现有的计程仪对水测速精度考核方法抗外界干扰能力差的问题,文章提出了一种可减小风速风向和洋流影响的多普勒计程仪测流速精度考核新方法,该方法的核心思想在于"顺-逆"和"逆-顺"2个航程的计程仪速度平均矢量值与GPS速度矢量平均值相等。通过公式推导,给出了该方法抗洋流流速流向、风速风向等外界因素干扰的特性原理,并通过测流速误差分析计算,得到该方法相对于合速度标量消流法的高精度特性。最后,通过海上试验结果,验证了该方法的精确性和有效性。     

多普勒计程仪水下速度标定方法的研究

目前常使用差分全球定位系统(DGPS)标定法对多普勒计程仪进行速度标定。但由于海况以及海面环境等外界的影响,航行器在水面航行很难达到标定条件的要求,标定精度难以保证。为提高标定精度,降低实验条件要求,文中研究了一种新型速度标定方法——水下速度标定。利用航行器在水下航行不受海况以及海面环境影响,结合DGPS获得航行器下潜前和起浮后的高精度位置信息,计算出航行器的真速度,来标定多普勒计程仪的速度。计算结果证明该方法可保障标定试验不再受外界因素的影响,缩短了标定时间、简化试验过程,大大提高了标定试验的效率和水下航行器的隐蔽性,并且航行器的航程越大,该方法标定精度越高。     

船用计程仪信号设备的虚拟检测技术系统设计

船用计程仪信号设备是专门负责船舶航行速度和航行里程测量的仪器,计程仪通过信号发送模块将速度、位置信息发送到船载导航、驾驶等相关设备,对船舶导航和维护等具有重要意义。为了解决船用计程仪信号设备在故障检测方面的难题,提高检测的精度和自动化程度,本文结合LabVIEW虚拟仪器技术,用计算机软件代替硬件,研究一种新型的船用计程仪信号设备的虚拟检测技术。     

气体FPSO上部模块火灾场景数值分析

针对火灾情况下的温度变化问题，以气体FPSO平台为例，选取该海域常见海况，研究不同风速、风向下的喷射火模拟。采用基于流体动力学（CFD）的火灾动态模拟（FDS）软件进行喷射火模拟，研究喷射火场景下平台上部模块的火场及温度场分布规律，并探寻不同风速、风向对火场的分布规律影响。对火焰形态进行研究发现，火焰沿风向飘移，当喷射火为垂直喷射火时，火焰作用于甲板上的面积与风速大小成反比。对温度场进行研究发现，温度场的分布与火焰的分布规则基本一致，甲板上的高温区域位于泄漏口上方甲板顺风向的位置，且风速越大，高温区域距离泄漏口在甲板投影的位置越远。由于风速大会加快结构与外界的热交换，因此，风速越大，甲板上的温度场面积越小，最高温度越低。模拟结果对于气体FPSO上部模块发生喷射火灾时的消防与救灾抢险具有指导意义。     

风对悬浮泥沙扩散特性影响数模研究

为探讨风对海岸工程产生悬浮泥沙的扩散特性影响,通过苍南海域海上倾倒试验实测资料验证了河口海岸地区平面二维潮流泥沙数学模型的计算参数。然后在模型中考虑风的作用,比较不同风向和风速作用下的悬浮泥沙扩散特性。研究结果表明:风会对悬浮泥沙的运动轨迹、扩散速度和扩散范围产生较大影响,且风向和风速是十分重要的影响因素。     

基于声压振速联合处理的矢量线阵时域解析MVDR方法研究

为进一步提高矢量传感器阵列的阵处理增益,充分利用声压和振速的相干性信息,提出基于声压振速联合处理的矢量阵时域解析MVDR波束形成方法,给出了(p+v_c)v_c组合的协方差矩阵的计算方法,推导了该方法波束输出的计算公式。该方法利用声压振速的联合处理信息,将矢量阵时域解析MVDR的高分辨能力与声矢量阵的抗噪能力结合起来,通过仿真数据和海试数据比较本文算法与常规波束形成方法性能,结果表明本文方法性能更优,利于低信噪比下目标的探测。     

自抗扰控制算法在船舶自动操舵仪中的应用研究

自动柁仪作为船舶中重要的操纵设备,在船舶航行的经济性、安全性等方面发挥着重要的作用。由于船舶模型具有时滞长、惯性大等特性,同时,船舶运动会受到海浪、海风、洋流等外界因素的干扰,传统的控制方式已经无法满足航运业的要求。本文对船舶运动模型和控制器进行研究,引入自抗扰控制算法以提高船舶自动操舵仪的控制性能。     

基于某型计程仪测试系统要求的高精度液压发生装置研究

我国90年代从国外引进的某型艇已进入首轮中修修理周期,但作为舰艇导航系统重要自主导航装备之一的ЛГП水压计程仪既无装备中修指南,国内也缺乏该水压计程仪内场动态高精度测试工装设备、放大器线路板功能测试及计程仪压力敏感部件波纹管调试手段。为完成该计程仪内场中修调试,需研制一套测试系统对液压进行精确控制,要求在最大产生4MPa液压力的同时能够产生-10kPa至100kPa范围内的动静压差,精度为±0.2kPa。目前,采用常规的液压系统设计方案不能够满足上述精度要求,因此本文所进行的高精度液压发生装置的研究和设计,对满足计程仪在工厂内顺利完成中修任务具有重要意义。     

结合状态观测与遗传算法的船舶路径预测控制

为实现具有速度不易测﹑模型不确定﹑受外界因素干扰﹑输入需约束及优化等特点的欠驱动船舶的路径跟踪，提出带状态观测的模型预测控制（MPC）。在限制条件下利用MPC求解性能指标函数，处理舵角优化﹑舵幅与舵速约束问题。设计扩张状态观测器（ESO）对环境干扰和模型不确定项进行估计，提高MPC的性能。通过预测未来估计误差，利用遗传算法在线调节ESO参数，提高估计性能。基于指数函数建立速度观测器，避免速度不易测。稳定性分析和仿真试验结果表明，采用该结合状态观测的MPC船舶路径控制方案，当速度和干扰均未知时，船舶仍能跟踪上参考路径，舵角平滑且始终在约束值内，MPC控制精度和ESO估计精度均得到提高。研究结果说明该方案是可行的、有效的。     

带定子导管螺旋桨定常和非定常性能预估的基于速度势的面元法

开发了一个带定子导管螺旋桨定常和非定常水动力性能预报的数值计算方法,该方法采用基于速度势的面元法分别处理绕对带桨毂螺旋桨、导管和定子周围的流动,并通过迭代计算处理它们之间的相互干扰影响.为简化计算,采用了诱导速度的周向平均值来考虑螺旋桨、导管和定子之间定常水动力相互干扰影响.它们之间的非定常水动力相互干扰通过时间域内迭代方法求解,然而螺旋桨泄出涡、导管泄出涡和定子泄出涡之间的非定常干扰采用了时域内简化处理,这样的简化处理既保证了计算精度,又大幅度地减少了计算时间.对于螺旋桨、导管和定子的计算程序分别依次逐个运行直至每个部分的水动力收敛.算例考核表明该数值方法的计算结果与试验数据吻合较好.     

半潜式钻井平台风载荷CFD预报

在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。本文采用CFD技术,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行了预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明：不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响；风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大；湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

海上搜救中搜寻区域确定方法研究

提出了洋面模式下根据最后已知的位置报告及风流信息,确定搜寻目标漂移后的搜寻区域的具体方法。用计算机程序实现了包括总水流矢量的计算、风压差的计算及位置总或然误差的计算。     

海流对声纳目标定位精度影响分析

侧扫声纳在海洋工程等各方面都有广泛的应用,实际工作中经常采用拖曳方式作业,由于海洋环境的特殊性,风流对拖体的水中姿态有明显的影响,声纳测量和显示的是从拖曳载体到反射物体的距离,反射物体的实际位置依据拖体的水平姿态特性,所以其定位精度受海流等各方面影响较大。根据海洋调查侧扫声纳定位的基本原理和声纳工作的主要参考技术指标,分析对海流声纳探测目标定位精度影响,提出削弱海流影响的主要方法。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

水下拖体在回转操纵中的运动仿真模拟

水下拖曳系统为各种内河航道工程,近海港口工程前期的勘探活动提供了一种有效途径,当要求对某个目标进行详细探测时,需要拖船进行回转机动操纵,因此拖体运动轨迹准确位置的预报关系到能否完成对目标的探测。文章采用凝集质量法建立水下缆-体系统模型,编制计算机程序,程序模拟了不同回转半径、不同拖速回转操纵下的拖船与拖体运动轨迹,分析了回转操纵中影响拖体稳态及拖体深度的参数。同时,计算机程序仿真模拟了一个"8"字形拖曳操纵,仿真算例与相关文献进行比较,结果表明此计算机程序具有一定工程实用价值。     

Global robust and adaptive output feedback dynamic positioning of surface ships

A constructive method was presented to design a global robust and adaptive output feedback controller for dynamic positioning of surface ships under environmental disturbances induced by waves, wind, and ocean currents. The ship’s parameters were not required to be known. An adaptive observer was first designed to estimate the ship’s velocities and parameters. The ship position measurements were also passed through the adaptive observer to reduce high frequency measurement noise from entering the control system. Using these estimate signals, the control was then designed based on Lyapunov’s direct method to force the ship’s position and orientation to globally asymptotically converge to desired values. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control system. In conclusion, the paper presented a new method to design an effective control system for dynamic positioning of surface ships.     

基于基波海洋建模的末制导雷达海杂波仿真

传统的海杂波建模方法考虑海面变化较少,导致仿真出的杂波与实际杂波相差较大。海洋表面风场具有随意性,而海情等级与海洋表面风场密切相关。为使海杂波仿真与作战环境相结合,提出了一种应用于基于基波海洋建模的末制导雷达海杂波仿真方法,并通过实验对方法进行了验证。     

Application of new parameterizations of gas transfer velocity and their impact on regional and global marine CO2 budgets

One of the dominant sources of uncertainty in the calculation of air–sea flux of carbon dioxide on a global scale originates from the various parameterizations of the gas transfer velocity, k, that are in use. Whilst it is undisputed that most of these parameterizations have shortcomings and neglect processes which influence air–sea gas exchange and do not scale with wind speed alone, there is no general agreement about their relative accuracy.The most widely used parameterizations are based on non-linear functions of wind speed and, to a lesser extent, on sea surface temperature and salinity. Processes such as surface film damping and whitecapping are known to have an effect on air–sea exchange. More recently published parameterizations use friction velocity, sea surface roughness, and significant wave height. These new parameters can account to some extent for processes such as film damping and whitecapping and could potentially explain the spread of wind-speed based transfer velocities published in the literature.We combine some of the principles of two recently published k parameterizations [Glover, D.M., Frew, N.M., McCue, S.J. and Bock, E.J., 2002. A multiyear time series of global gas transfer velocity from the TOPEX dual frequency, normalized radar backscatter algorithm. In: Donelan, M.A., Drennan, W.M., Saltzman, E.S., and Wanninkhof, R. (Eds.), Gas Transfer at Water Surfaces, Geophys. Monograph 127. AGU,Washington, DC, 325–331; Woolf, D.K., 2005. Parameterization of gas transfer velocities and sea-state dependent wave breaking. Tellus, 57B: 87–94] to calculate k as the sum of a linear function of total mean square slope of the sea surface and a wave breaking parameter. This separates contributions from direct and bubble-mediated gas transfer as suggested by Woolf [Woolf, D.K., 2005. Parameterization of gas transfer velocities and sea-state dependent wave breaking. Tellus, 57B: 87–94] and allows us to quantify contributions from these two processes independently.We then apply our parameterization to a monthly TOPEX altimeter gridded 1.5° × 1.5° data set and compare our results to transfer velocities calculated using the popular wind-based k parameterizations by Wanninkhof [Wanninkhof, R., 1992. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean. J. Geophys. Res., 97: 7373–7382.] and Wanninkhof and McGillis [Wanninkhof, R. and McGillis, W., 1999. A cubic relationship between air−sea CO2 exchange and wind speed. Geophys. Res. Lett., 26(13): 1889–1892]. We show that despite good agreement of the globally averaged transfer velocities, global and regional fluxes differ by up to 100%. These discrepancies are a result of different spatio-temporal distributions of the processes involved in the parameterizations of k, indicating the importance of wave field parameters and a need for further validation.     

深水滑道工程倒垂测量系统设计方法

提出了深水滑道工程施工中的倒垂测量系统的设计方法。以倒垂测量精度为控制目标,通过考虑测量时的风荷载及水流力的影响确定钢丝绳所需浮力,同时考虑浮子浮游稳定确定浮子形状及基本尺寸,在此基础上分析工装偏差可能引起的测量偏差,给定工装控制指标。工程算例及应用表明,该方法有效实用,与工程实际符合较好,对类似工程具有一定参考意义。