静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究

[目的]为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响,[方法]基于RANS方程对静水中并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟,分析两船在不同横向间距、纵向间距和航速条件下阻力、横向力、纵向力及摇艏力矩的变化规律,并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比例。[结果]研究结果表明,两船所受横向力在纵向间距为0(即中对中)时最大,表现为吸引力;随着横向间距的增加,相互作用效应减弱,横向作用力最大降幅达到50%以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大,两船在进入与驶离补给阵位时,所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近,此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波对两船相互干扰的影响,而高速航行时则不容忽略。[结论]所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学模型的构建奠定基础。     

两船在波浪中耦合运动的三维频域理论研究

本文采用三维势流理论求解两船在波浪中相互干扰的耦合运动。基于源分布方法，两船船体表面被划分成若干面元，在每一面元上进行等源强分布。为了验证该理论以及算法的可行性，计算了有限水深中两圆柱的水动力干扰，其数值计算结果与其他理论结果吻合较好。其次计算了两船在波浪中无航速与有航速情况的水动力干扰，其结果与单船结果以及双船试验结果进行比较。同时深入研究了纵横向间距以及航速变化对水动力干扰的影响，得出间距与航速不仅是水动力干扰的重要参数，而且对两船中的小船影响尤为重要。本文的研究提出了一种有效而又简单的方法预报两船在波浪中的耦合运动，为分析海上航行补给所涉及的水动力问题提供了有效的手段。     

两船并行补给过程中耐波性的分析

[目的]船舶在并行补给过程中不仅受风浪的影响,还受两船间水动力的相互干扰,会产生比单船运动更强烈的摇荡运动。为研究补给过程中船舶的耐波性,[方法]利用商用水动力学软件AQWA求取补给船与接收船摇荡运动的RAO函数,根据频域的计算结果进行不规则波下的响应幅值预报与时域分析,并采用相关函数的方法求得时域下的有义值。经与谱分析结果进行的比较,发现两者吻合较好。[结果]研究结果表明,两船间的水动力干扰对补给过程影响较大。[结论]所得结果可以避免补给过程中发生危险状况,确保补给作业安全。     

高海况下舰船海上航行补给间距决策方法

舰船横向补给是海上物资、装备补给最重要的手段之一,舰船补给间距的确定是横向补给顺利开展的必备要素。由于补给海域的海洋环境因素复杂,在海况较高情况下通常无法单纯依靠补给指挥员的经验及补给规范得到兼顾补给效率与安全的间距值。本文通过对高海况下海上航行补给环境影响因素的深入分析,基于舰船操纵性理论、高架索力学模型,采用多属性决策方法,建立舰船海上航行补给间距计算选取决策模型。针对该模型,利用多属性决策安全分析法,得到舰船海上航行补给间距决策方法。并对5级海况下舰船补给间距进行计算,通过与相关文献研究结果以及舰船补给规范进行对比,证明计算结果的准确性,验证该决策方法的可行性与工程应用价值。     

舰船海上补给的航态决策方法研究

舰船横向补给是海上物资和装备的一种主要补给手段,舰船的航态和横向间距是舰船横向补给的关键影响因素。在复杂海况下,单纯依靠补给指挥员的经验及补给规范往往无法得到兼顾补给效率与安全的舰船航态和横向间距值。通过对复杂海况下海上航行补给环境影响因素的深入分析,基于舰船的耐波性理论,建立舰船航态的耐波性安全评估和决策模型。对5级海况下的舰船航态进行计算,通过与相关文献研究的结果以及舰船的补给规范进行对比,证明了计算结果的准确性,验证了该决策方法的可行性与工程应用价值。     

舰船波浪补偿关键技术研究

海上舰船实施并靠补给的重要作业时,受海上风浪、水动力等因素的干扰,舰船在过驳过程中会产生六个自由度的波浪运动,伴随剧烈的摇荡,易造成货物补给撞击速度过大,偏离着落点,增大事故风险性。为保证过驳作业顺利进行,应采用波浪补偿技术控制摇荡运动,保证重物着舰的稳定性。本文概述舰船波浪补偿技术的原理和分类,并对波浪补偿的关键技术进行详细论述,提高我国舰船配套装备的技术水平。     

一种激光测距装置的设计与实现

针对目前舰船横向航行补给时两舰距离测量方法,通过激光测距技术研究,设计了一种船用激光测距装置.详细介绍了其工作原理、结构设计和软件设计,并对其传感器信号融合处理关键技术进行了攻关与验证,解决了距离索测量时无法连续自动提供距离及其变化速率信息的问题,为舰船航行补给和靠离码头安全操纵提供保障.     

大型双桨船舶的航行自抗扰控制技术研究与仿真

大型双桨集装箱运输船是一种具有双桨和双舵操控系统的船舶,这种船舶的运输效率高,运量大,是国际领先的一种大宗商品运输船。由于双桨船舶航行过程中受风、浪的干扰作用更加明显,因此,提高双桨船舶的航行自抗扰控制技术对提高双桨船舶航行稳定性有重要作用。本文建立了双桨船舶的运动模型,提出一种双桨船自抗扰运动控制器,并对双桨船在一定干扰作用下的运动控制进行了仿真,对于提高双桨船的航行安全有重要的意义。     

船间水动力相互作用建模与仿真预报

为模拟考虑自由表面影响的船舶联合运动条件下的粘性流体流动,通过控制体积法求解非定常RANS方程以及六自由度（6DOF）运动方程,同时采用VOF模型、SST k-ω湍流模型以及滑移网格建立了一种预测船间水动力相互作用行为的方法,利用该方法开展孤立Wigley船体、孤立KCS船体、相互作用Wigley船体以及相互作用KCS船体的水动力特性研究,讨论了不同速度比对船间水动力的影响规律。结果表明：本文建立的船间水动力相互作用模型与文献结果符合较好,说明本文方法可有效解决船间水动力预测问题;对于静止目标船,追越过程中目标船受到的横向力主要受船间纵向距离对其产生的影响;对于航行船舶,追越过程中相对航行速度将会对目标船受到的横向力产生影响。     

基于CFD方法的某喷水推进舰船矢量控制运动仿真

以喷水推进舰船为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）方法获得其水动力导数,在设计航速下对其进行矢量运动控制仿真研究。采用STAR-CCM+开发CFD求解器,采用流体域体积（VOF）方法求解自由面,选用Realizable k-ε模型作为湍流模型。通过纯横荡试验和纯艏摇试验的平面运动机构试验对船体受到的横向力和摇艏力矩进行分析,得到水动力导数,并构建适用于喷水推进舰船的操纵运动模型。结合建立的操纵运动模型设计喷水推进船的艏向控制器并进行矢量控制仿真,验证所提方法的可行性。     

Hydrodynamic interactions between two bodies in waves in 3D time domain

In this paper, a 3D time domain technique is adopted to calculate the coupled hydrodynamic interaction between two bodies without flare in waves. For verifying the code, two same cylinders are selected to calculate coupled hydrodynamic effects by comparison with the results obtained by 3D frequency method which has been proved to be efficient for solving such problems. In order to improve efficiency of calculation, the effect of history time has been discussed, and an improved method is presented. Moreover, the effect of lateral separation distance is also discussed in detail. The technique developed here may serve as a more rigorous tool to analyze the related transient problems of two ships doing underway replenishment in waves.     

两船波浪中并靠补给相对运动模型试验研究

为了设计和实现一种辅助舰船并靠补给的波浪补偿辅助系泊系统,采用接触式测量方法对波浪中并靠两船的相对运动特性进行了模型试验。在4种不同有义波高情况下,对并靠两船在不同的浪向和波浪周期下三个方向的相对运动幅值特性进行试验研究,得出波浪中并靠两船的相对运动特性。     

Dynamic interaction of parallel moving ships in close proximity

Nowadays,there are many studies conducted in the field of marine hydrodynamics which focus on two vessels traveling and floating in sufficiently close proximity to experience significant interactions.The hydrodynamic behavior of parallel moving ships in waves is an interesting and important topic of late.A numerical investigation has been carried out for the prediction of wave exciting forces and motion responses of parallel moving ships in regular waves.The numerical solution was based on 3D distribution technique and using the linear wave theory to determine the exciting forces and ship＇s motion.The speed effects have been considered in the Green function for more realistic results.The numerical computations of wave exciting forces and motion responses were carried out for a Mariner and Series 60 for the purpose of discovering different Froude numbers and different separation distances in head sea conditions.Based on the numerical computations,it was revealed that the sway,roll and yaw have a significant effect due to hydrodynamic interaction.     

两船在波浪载荷作用下的运动响应分析

基于波浪辐射/绕射理论,利用水动力分析软件AQWA研究两船在波浪作用下的运动响应特性,给出驳船受浮式生产储油船(FPSO)影响时的附加质量和辐射阻尼,分析了驳船的漂移力和运动响应。计算结果表明,当两船间距为5 m时驳船的附加质量比间距为10 m时的值大2倍多,驳船的附加质量和阻尼随着间距的减小逐渐增大;在间距30 m时,驳船的速度越小所受的漂移力就越大,并且驳船的横摇和首摇运动就越剧烈。     

The choice of speed and clearance for RAS on 3D method

In this paper, a 3D source distribution technique is used to calculate the coupled motions between two ships which advance in the wave with the same speed. The numerical results of coupled motions for a frigate and a supply ship have a good agreement with the experimental results. Based on the 3D coupled motions of two ships, a spectral analysis is employed to clearly observe the effect of speed, clearance and wave heading on the significant relative motion amplitude (SRMA) of two ships.The method presented in this paper will be helpful to select suitable clearance, speed and wave heading for underway replenishment at sea(RAS).     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

FPSO外输系统动力响应及风险分析

采用水动力分析软件AQWA对由软钢臂式单点系泊FPSO和油轮组成的串靠外输系统的动力响应和安全性进行研究。基于多体方法,建立串靠外输系统的有限元模型,计算4种拖轮拉力和24种作业海况下外输系统的连接大缆张力、两浮体相对艏向角及间距的时间历程,并分析波高、流速、风速、风浪流夹角、连接大缆长度等因素对系统动力响应的影响及动力响应特性。此外,还开展了串靠外输系统的风险分析,计算不同海况下连接大缆失效、船体碰撞和过分相对艏向运动的发生概率。研究结果对串靠外输系统的设计和外输作业具有一定的指导意义。     

海上航行横向干货补给系统仿真

在分析张力作动筒高架索恒张力控制系统性能、货物滑车在高架索上的运动状态和货物滑车全程自动传输控制系统性能的基础上,建立了海上航行横向干货补给系统的数学模型,利用Matlab/simulink软件建立了仿真模型。通过对高架索恒张力系统性能和货物滑车全程自动传输控制性能仿真,表明建立的仿真模型是可行的,货物滑车采用PID控制方式传输是稳定的,在高海况下能按照预设好的传输速度从补给船传输到接收舰,但采用梯形加减速控制方法不利于滑车的平稳传输。     

半潜船海上装载故障船运动响应研究

论文针对半潜船海上救援装载故障船的设计方案开展研究,建立仿真分析模型,应用数值模拟软件AQWA开展时域的数值计算,得到特定海况条件下的两船6个自由度运动响应。针对运动响应结果进行统计分析,得出两船的运动特性规律,研究结果对半潜船海上装载故障船的实际方案的制定与优化具有指导意义和参考价值。