船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统。此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化。经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写。经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值。     

船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统.此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化.经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写.经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值.     

卡尔曼滤波技术在船舶横摇预测中的应用研究

船舶在海上的航行受到海洋气象和水文条件的影响,会产生垂荡、横摇和纵摇等多种形式的运动,这些复杂运动对舰船航行稳定性和船载精密设备的工作精度有不利影响。因此,对船舶的横摇、纵摇等运动进行短时预测具有重要意义。本文系统介绍卡尔曼滤波技术,并利用滤波技术和随机海浪数学模型,研究一种船舶横摇运动的预测方法。     

船舶横摇首摇耦合运动前向智能模型的仿真分析

大量的统计数据表明,船舶发生的各种事故原因中,最为常见的船舶受海上大风浪影响,产生剧烈的摇摆和振荡导致船舶受损甚至倾覆。因此,研究船舶的减摇成为迫切的需要。船舶在海面上航行时,主要受到的作用力形式包括海浪作用力及力矩、海风力及力矩和洋流扰动作用力,当船舶受到的摇荡载荷超过船舶所能承受的载荷强度时,就会导致船体结构损坏。此外,当船体产生大幅度的横摇时,可能导致船舶的航向控制失灵,引发事故。本文充分结合神经网络算法,设计一种船舶横摇首摇耦合运动的前向智能控制模型,并介绍该控制模型的原理。     

新型海上风电维护船的横摇运动分析

以从事海上风电场维护的某新型双体船的船模为试验对象,考虑维护船工作海域一般为近海,选取较小倾角进行静水横摇衰减试验,得出船模随时间变化而变化的六自由度数值及衰减曲线。通过求取减幅曲线和阻尼系数以及船模的横摇周期,对比普通相似船的经验数值,得到该双体船在静水横摇方面优良性良,也体现了船型设计的合理性,为以后海上风电维护船的船型设计提供一些参考。     

油船强迫横摇试验及分析研究

采用自制的横摇试验设备和控制系统,进行油船船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验,横摇试验周期为0.8~20 s,全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,试验周期到达横摇固有周期附近时横摇力矩最小,之后横摇力矩逐渐增大,当横摇周期很长,船舶横摇缓慢,此时横摇力矩基本保持不变;同一横摇周期和不同横摇幅值下,横摇力矩与横摇幅值成倍数关系。随着横摇周期的减小,附加惯量成线性增加,横摇阻尼非线性明显,并随横摇幅值的增加而增大。     

一种用μ分析设计的舵减摇鲁棒控制器

船舶模型不确定性严重影响着舵减摇的效果。本文用μ分析方法设计了一种Ｈ∞控制器来解决结构化模型不确定性的问题。用船舶线性模型和非线性模型模拟海上航行条件的计算仿真表明μ分析控制器具有良好的鲁棒特性。     

船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数.文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格.计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda's经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼.     

基于稳定性理论的张力腿平台横摇固有周期分析

文章以稳定性理论为基础提出了一种张力腿平台横摇固有周期计算模型,分析了横摇临界角对平台横摇稳定性的影响,并将其应用于分析平台设计参数对横摇固有周期的影响。提出在一个横摇周期里,最后稳定横摇临界角对应的时间历程为1/4横摇固有周期这一假设,基于此假设,编制计算机计算程序,计算横摇运动中每一个横摇角,判断其稳定性,找出一个横摇周期内最后稳定横摇临界角对应的时间历程,求解横摇运动固有周期。考虑两种横摇阻尼情况,计算不同初始横摇角、横摇下沉位移、张力腱长度、平台重量和横摇阻尼的横摇固有周期,论证了平台设计参数对横摇固有周期的影响。该计算模型克服了从结构角度计算固有周期工作量大、计算周期长、计算结果不可靠的弱点,使横摇固有周期计算简单、有效。通过与不考虑横摇阻尼的情况对比,分析了横摇阻尼对横摇固有周期的影响。可以快速计算处于设计阶段或者已服役张力腿平台横摇固有周期。结合一型设计中的张力腿平台,应用文中提出的横摇固有周期计算模型对该平台进行了横摇固有周期的计算,并且分析了平台参数对横摇固有周期的影响。结果表明该方法可以对张力腿平台横摇固有周期进行快速计算。并可推广应用于其它海上结构物的横摇固有周期计算。     

灯光助降系统摇摆测试台运动分析与仿真

根据灯光助降系统横摇、纵摇指示器的设计要求,提出了一种三自由度并联摇摆测试台,用于试验指示器内发射光束的稳定性能.采用解析法建立了该测试台的运动方程,算例仿真分析结果表明,驱动主运动支链的活塞杆移动,可以实现既定规律下运动平台的横摇、纵摇和升沉运动,满足灯光助降系统的性能测试要求.     

基于能量法的船舶静水横摇试验阻尼估算方法研究

船舶横摇阻尼准确估算是正确预报波浪中横摇运动的前提。为获得船舶横摇阻尼,通常采用静水中船模自由横摇衰减试验的方法。文章基于模型试验的横摇衰减测量数据,采用能量法进行了船舶横摇阻尼系数的研究,主要研究了横摇衰减曲线拟合函数形式,横摇衰减周期截取个数对获取的横摇阻尼系数的影响。最后将采用能量法获取的横摇阻尼系数用于规则波中船舶横摇运动预报,验证了采用该方法获取的阻尼系数的适用性。     

高海情下的船舶横摇运动控制研究

远洋和深海区域的海上气象条件恶劣,常常伴随着大风大浪等恶劣天气,这种高海情下的船舶航行受海风、海浪等干扰作用力的影响,会产生大幅度的横摇、纵摇等运动形式,甚至导致船舶倾覆等重大事故,影响船舶的航行安全。针对船舶在高海情下的航行安全问题,本文通过建立船舶的运动模型以及干扰作用力模型,在此基础上设计一种基于预测控制理论的船舶横摇运动控制系统,取得了良好的控制效果。     

集装箱船横摇惯性矩计算方法对参数横摇敏感性预报影响研究

迎浪条件下的参数横摇现象,作为一种重要的稳性失效模式受到了国际海事组织（IMO）的高度关注。由于横摇惯性矩对横摇固有周期的作用,使之成为参数横摇的决定性影响因素之一。本文比较了4种实船横摇惯性矩的计算方法,并采用一种三自由度弱非线性模型研究了其对参数横摇预报的影响。辐射力和绕射力的计算基于三维频域理论,时延效应采用脉冲响应函数法考虑。通过对3艘集装箱船的参数横摇敏感性分析,讨论了横摇惯性矩的不同计算方法对运动响应预报的影响,并给出了可用于第二代完整稳性参数横摇衡准的横摇惯性矩简化估算方法。     

基于神经网络的围网渔船横摇运动研究

为了快速预报一艘65 m的围网渔船在任意载况规则波中横摇运动频率响应函数及不规则波中各海况下的横摇角有义值,应用神经网络的原理和算法,以该船7种实际航运载况的耐波性计算数据为训练样本,建立满足精度要求的围网渔船横摇运动神经网络预估模型。并分析吃水、重心高度、航速和浪向对横摇运动的影响。该模型可应用于风浪中船舶航行安全性评估。     

主动式减摇水舱控制系统在船舶模型设计的应用

稳定性是船舶能否正常运行的重要指标,船舶在日常工作时受海风、海浪等干扰作用力的影响,往往会发生横摇、垂荡等不规则运动,如果产生的运动幅度过大,很可能导致船舶倾覆等危险事故。因此,业内研究人员一直将船舶的减摇视为重点研究方向。主动式减摇水舱利用控制系统产生力矩,并抵消船舶发生横摇等运动的力矩,使船体保持稳定,具有结构简单、成本低等优点,广泛应用于各类大型舰船上。本文针对船舶的模型试验过程,开发了一种主动式减摇水舱控制系统,并介绍该控制系统的硬件组成和功能,在Matlab中进行了减摇特性试验。     

基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及其减摇鳍控制研究

船舶参数激励横摇可能导致船舶的大幅度横摇运动,威胁船舶、货物和海上人命安全。为了减小参数激励带来的不利因素,通过李亚普诺夫指数和功率谱对船舶在规则纵浪中运动的稳定性进行分析。从而分析船舶参数激励横摇运动的产生机理,不仅分析了船舶参数激励横摇产生混沌现象的条件,而且确定出船舶参数激励横摇运动的安全与危险区域。然后基于Backstepping算法和闭环增益成形算法设计出减摇鳍控制器,并且在考虑一定的干扰后进行了仿真试验。仿真结果表明该控制策略对于消除船舶参数激励横摇系统的混沌现象是十分有效的,并且其鲁棒性能令人满意。     

值得注意的大型集装箱船参数横摇现象

本文介绍了大型集装箱船的参数横摇现象，对大型集装箱船的影响、参数横摇的成因和如何避免参数横摇的办法作了探讨，还介绍了一种实用的IPRP系统(INTERING PARAMETRIC ROLLPRE-VENTION)即英特灵参数横摇预防系统的英文字母首字的缩写。IPRP系统能使横摇运动减少20％左右。最后作者介绍了IPRP在3200TEU集装箱船上的应用情况和5500，IEU超巴拿马型集装箱船的耐波性试验的情况，图4、表4。     

允许甲板入水的横摇实验

本文利用“对振式可控力矩横摇激振装置”进行船模允许甲板入水的强制横摇实验研究，证实用甲板未入水的横摇模型预报允许甲板入水的横摇将产生显著的差别。唯有通过船模允许甲板入水的强迫横摇实验才能获得真实的非线性横摇模型，据此才能进行可靠的巨幅横摇响应预报。     

船用小型减摇装置

日本石川岛播磨重工公司研制成一种组合式船用小型减摇装置，它能将船体横摇角度减少约三分之一，尤其是在停泊时减摇效果最好。     

关于高速滑行艇由纵摇引起的不稳定横摇研究

利用动态力作用在某一模型上进行三分量测量所得的数据库，使用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法，使惯性矩、横摇阻尼、纵摇角幅值和重心高度变化，对艇由强迫纵摇引起的非线性横摇进行模拟。这些结果表明：由纵摇引起的横摇周期与纵摇周期没有关系，不稳定横摇发生在纵摇周期为所引起横摇的二分之一周期时，不稳定的临界范围和阻止不稳定横摇的最小横摇阻尼，随惯性矩的增加、纵摇角幅值的增长和重心高度的降低而增大。