船舶多工况操纵运动仿真及其在初步设计中的应用

首先整理了前人的试验资料，建立了船舶多工况操纵运动数学模型及其仿真系统，给出了一种新的风力及风力矩数学模型并预报了船舶在风力作用下的操纵运动；并且提出了估算浅水中船体水动力的新方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能；同时，对船舶紧急停船运动进行了仿真研究，给出了合理的计算模型。最后基于船舶操纵性能仿真系统开发了一个利用船舶操纵性能确定船型尺度的初步设计系统。     

大型船舶出坞过程仿真

根据大型船舶出坞的要求，建立了船舶出坞过程仿真数学模型，包括船舶出坞操纵的基本模型、水动力模型以及拖轮等的作用力计算模型。编程计算了大型船舶出坞过程中的环境载荷，对大型船舶出坞过程进行仿真预报。以17.5万吨好望角型散货船为例，计算了该船受到的总的环境外载荷，并对该船出坞运动轨迹进行仿真预报。     

浅水对拖船作用效果影响的仿真研究

为研究浅水对拖轮作用效果的影响,本文利用分离型建模思想(MMG),建立了拖轮、船舶的数学模型,该模型考虑浅水的影响。并利用Matlab仿真软件对拖船协助大型船舶转向、横移操纵进行了仿真,通过对仿真结果的分析得出在船舶在有拖船协助进行转向操纵时,浅水中的船舶转向效果差于深水;船舶在有拖船协助进行横移运动时,浅水中的船舶横移速度小于深水的结论。对船舶的安全操纵提供理论参考。     

船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测研究

建立船舶操纵运动数学模型,计算确定相邻的岸线线段和船舶轮廓线线段之间的凹凸关系,提出船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测算法,并对检测到的碰岸情况进行时间步长调整。编制了计算程序,对于船舶轮廓线端点位于岸线内侧和岸线端点位于船舶内部两种船舶碰岸情况进行了碰岸检测仿真试验,试验结果良好,很好地避免了在船舶操纵运动仿真中出现船舶冲上码头或者岸滩的现象。     

大型船舶出坞过程仿真

根据大型船舶出坞的要求,建立了船舶出坞过程仿真数学模型,包括船舶出坞操纵的基本模型、水动力模型以及拖轮等的作用力计算模型.编程计算了大型船舶出坞过程中的环境载荷,对大型船舶出坞过程进行仿真预报.以17.5万吨好望角型散货船为例,计算了该船受到的总的环境外载荷,并对该船出坞运动轨迹进行仿真预报.     

船舶碰撞过程的实时动态仿真

为了进行船舶碰撞事故的海事分析、船舶操纵方案论证、船舶通航安全评估,应用MMG分离建模方法,建立了船舶操纵运动的仿真模型。根据两船发生碰撞时的水域范围、当时水域的海况和天气情况,制作相应的电子海图,在此基础上,建立了船舶操纵与碰撞过程的仿真平台并对当事两船舶的碰撞过程进行实时动态仿真。对仿真的结果进行海事分析并得出相应的结论,该结论可靠,对船长、驾驶员具有重要的参考加值。     

基于虚拟现实的船舶操纵控制系统设计

为了提高船舶操纵控制过程的性能参数评估场景再现能力,提出基于虚拟现实技术的船舶操纵控制系统设计方法。进行船舶操纵控制的3D几何模型建模,采用Multigen Creator技术生成3D虚拟海洋场景模型和船舶实体模型,在Vega Prime应用程序进行船舶操纵控制的视景仿真平台设计,对船舶操纵控制系统视景仿真模拟是建立在三维虚拟现实仿真软件基础上的,通过船舶操纵控制的三维姿态数据加载和程序控制,在视景仿真平台上对船舶操纵控制进行位置调整和参量优化配置,实现船舶操纵控制的虚拟视景开发和系统优化设计。仿真结果表明,本文设计的船舶操纵控制系统能在虚拟视景下实现精确的船舶操纵,视景的逼真度较高,参数控制精度较高。     

港内拖轮协助操船仿真数学模型的研究

本文为研制高精度、多功能的船舶操纵模拟器和进行船舶操纵安全评价的需要，首次提出了拖轮流体动力和拖轮Ｚ型导管螺旋桨四象限推力系数的实用估算方程。在此基础上，建立了港内拖轮协助操船仿真的数学模型。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用例。     

内河船舶驾驶仿真系统研制

对内河船舶的舵机、主机、运动和姿态进行了建模和计算机仿真。结合船体等实物 ,构造了半实物的船舶驾驶实时仿真系统。给出了系统的设计方案 ,完成了整个系统的硬件和软件设计、调试及半实物实时仿真。实际应用表明 ,研制的驾驶仿真系统可以作为船舶驾驶和操纵的模拟演示装置 ,也可作为训练船舶驾驶员的仿真器。     

船舶操纵模拟器操纵仿真数学模型

系统地论述了船舶操纵仿真数学模型。包括船舶操纵基本模型、水动力、螺旋桨推力及扭距、主机扭距、舵力及其力矩、风、浪、流、锚、缆、拖轮的作用力、浅水影响及侧壁效应,最后给出了主要仿真结果和主要结论     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法.[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性...     

应用支持向量机的船舶操纵运动响应模型辨识

建模是评估船舶操纵性和可控性的重要前提.基于自由自航船模试验的系统辨识方法是求取船舶操纵运动数学模型中的水动力系数的有效手段之一.文中提出了一种使用支持向量回归估计的船舶操纵运动响应模型辨识方法,该方法通过训练自由自航试验数据样本得到参数回归模型.辨识和仿真结果验证了文中所提出的方法的有效性.     

枢纽双线船闸船舶航行会遇方式研究

文章以株洲航电枢纽和长沙综合枢纽为例,分析了双线船闸共用引航道和非共用引航道的布置特点以及航行区段的划分问题。采用三维水流数值模拟和船舶操纵数学模型研究手段分析了株洲航电枢纽和长沙综合枢纽坝区河段的航行条件及船舶进出闸会遇方式。在此基础上提出了双线船闸船舶安全高效的航行会遇方式及航行管理措施。     

不均匀流中船舶操纵运动仿真模型及应用

本文给出不均匀流中船舶操纵运动数学模型，研究了在不均匀流中作用于船体上流体动力的估算及不均匀流场的生成，提出了不均匀流中船舶操纵运动的仿真方法。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用。     

深水铺管起重船驾驶模拟系统设计与实现

基于实时仿真软件Vega Prime和仪表仿真软件GL Studio开发深水铺管起重船驾驶模拟系统,通过分析深水铺管起重船驾驶特点,对驾驶模拟系统进行了总体及分系统功能设计,建立了风浪中船舶运动数学模型,逼真模拟深水铺管起重船驾控设备仪表和航行环境,实现了船舶驾驶模拟训练功能,达到了深水铺管起重船驾驶人员的桌面级驾驶培训要求。     

基于实船与模型试验的船舶操纵性相关性分析

操纵性相关性分析一直以来是受到国内外学者的关注,但是由于其复杂性,至今未能很好地解决.目前,模型试验的数据往往是直接预报到实船的操纵性能,这有可能导致很大的偏差,影响船舶的航行安全.本文针对育鲲轮,进行了实船试验与模型试验的相关性分析.首先进行了实船回转试验和z形试验,测试了该船的操纵性.通过试验数据分析获得了纵距、横距、战术直径、回转直径、超越角等操纵性特征参数,试验过程中也进行了船舶姿态,如纵、横摇以及主机功率的测试.通过实船回转试验发现,主机功率比直航时增大了大约15%,这给船舶设计提供了参考.然后,采用6m长左右的模型也进行了相同试验的测试,电机转速与实船主机转速相似,且一直保持不变.最后,分析比较了模型所测数据与实船数据,发现特征参数误差基本都在10%以内.说明模型长度、螺旋桨的模拟等模型试验方案基本可行.     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

Study on the maneuverability of a large vessel installed with a mariner type Super VecTwin rudder

The suitability of the Mariner type Super VecTwin rudder (hereinafter, the MSV rudder) for a large vessel is assessed in this article. Several experiments in a maneuvering pond were carried out and their results analyzed and summarized. Free-running tests such as turning, zigzag, and stopping tests were carried out with a 4-m free-running model of a very large crude carrier (VLCC) ship with the MSV rudder and the Mariner rudder. The results were compared to validate the maneuverability of a VLCC-sized a ship installed with the MSV rudder. A mathematical model of an MSV rudder is proposed for maneuvering simulation of a large vessel. To develop a maneuvering simulation for the model ship that was used in the free-running tests, hydrodynamic coefficients were estimated based on Kijima's regression formula. The coefficients of interaction between the hull and rudder (t_R, a_H, x_H) were obtained from a self-propulsion test in a towing tank. The complicated flow around the rudders is simplified to model the flow speed around the rudders. This simplified flow speed is utilized to compare the time histories of the free-running tests with the simulations. The mathematical model of the MSV rudder was further improved using the results of this comparison.     

越南沿海海港工程部分水域平面尺度优化

基于越南电力中心沿海海港工程,阐述了水深不能满足要求的项目的水域平面尺度设计方法。除根据各国标准规范及设计者的经验判断来决定外,结合船舶操纵模拟试验验证并优化设计方案,更能保证船舶在港内操纵航行的可行性、安全性和经济性。同时分析了模型试验存在的局限性,提醒设计者需要在建模和操纵等环节尽量减少模拟和实际情况的误差,保证试验准确可靠。相关设计方法与思路可为类似港口水域平面设计提供参考。