T型翼主动控制策略的数值研究

[目的]主动控制T型翼对船舶有着较好的纵向运动减摇效果,但最佳的T型翼主动控制策略仍未有定论,因此需对T型翼主动控制策略进行研究计算与分析。[方法]首先,采用细长体理论对Wigley III船型在不同波长规则波中的纵向运动响应进行数值计算;然后,在相同航速与波浪工况下,对加装了主、被动T型翼的船舶纵向运动进行数值预报,分析不同主动控制策略的减摇效果。[结果]计算结果显示:T型翼被动控制在共振区具有较好的减摇效果,长波区和短波区的减摇效果相对有限;纵摇角速度信号控制对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果非常显著,但对于长波区的垂荡运动会有减益效果;船艏部运动速度信号对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果较纵摇角速度信号均有10%~20%的提升,并且对垂荡运动的减摇效果也有一定提升。[结论]对于T型翼的主动控制,艏部运动速度信号控制综合考虑了纵摇与垂荡这2种运动,可以实现更好的减摇效果。     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

基于数值模拟的水翼五体船耐波性分析

为改善五体船在小摇荡时的耐波性,提出在侧体和主船体之间加装水翼构造水翼五体船,借助Hydro Star水动力学软件,依托Wigley片体五体船进行水翼五体船耐波性计算对比。结果表明,由于水翼的减摇减震及升力作用,在侧体和主船体之间加装水翼可以明显降低五体船的纵摇幅值、横摇幅值及垂荡幅值,提高五体船的耐波性。     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

基于蒙特卡洛方法的三体船侧体运动响应优化

[目的]为研究三体船侧体布置对三体船运动性能的影响,[方法]基于蒙特卡洛方法和势流理论,提出一种三体船侧体布局对运动性能影响的优化方法,给出多目标的优化模型和计算技术。首先,采用蒙特卡洛方法选取方案,并用AQWA软件(势流理论)计算不同方案的运动响应;然后,通过比较各种方案的横摇、纵摇和升沉运动响应,选取这3个指标均小于原始船型的方案为优化方案。[结果]结果表明:在规则波中,侧体位于主体舯前位置可以减小三体船的运动响应,在不规则波中,可以减小三体船的横摇运动响应;在规则波中,增大侧体与主体之间的横向距离,可以同时减小三体船的横摇和纵摇运动响应。[结论]研究三体船侧体布局对运动的影响时,采用蒙特卡洛方法和势流理论相结合的优化方法可以提高计算效率并保证计算精度。     

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

船舶有航速辐射问题数值计算研究

用自行开发的基于非均匀有理B样条的高阶面元法求解船舶有航速辐射问题,以修改的Wigley船型为例计算船舶垂荡和纵摇运动水动力和波形;将水动力计算结果与文献中的试验及数值结果进行比较,验证所用方法的有效性。     

船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述

[目的]随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。[方法]首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。[结果]分析表明:引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。[结论]因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。     

三体船主体尺度对其在波浪中动态响应的研究

基于有限元方法,通过仿真计算,比较了三种不同主体尺度下三体船的垂荡、纵摇、横摇运动响应算子。因不同的航行速度对运动算子有一定影响,故分别在低航速和高航速下进行比较。通过不同航速下的垂荡、纵摇、横摇性能对比,得出主体狭长型三体船运动响应性能均最佳,最适合作为三体船主体的尺度。     

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。     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M.Lee改进的切片理论及其公式,编制小水线面双体船耐波性预报软件.该软件可用于在各种波向角时,对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报,包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报,以及其它耐波性统计特性预报.利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算,并与试验结果进行了比较分析,计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律.本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据.     

小水线面双体船耐波性预报

采用Choung M．Lee改进的切片理论及其公式，编制小水线面双体船耐波性预报软件。该软件可用于在各种波向角时，对不同航速小水线面双体船匀速航行中的运动响应进行预报，包括在规则波或不规则波中的垂荡、纵摇、横荡、横摇、首摇幅值预报，以及其它耐波性统计特性预报。利用本预报软件对某型试验船的耐波性能进行了计算，并与试验结果进行了比较分析，计算结果符合小水线面双体船的耐波性规律。本预报方法可为小水线面双体船的船型设计和稳定鳍选择提供耐波性方面的理论依据。     

基于航速保持的舵减摇控制方法

船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向"与"航向+减摇"两种工作情况,包括横摇稳定、航向精度、航速保持、操舵能量消耗。仿真结果表明:该方法可以有效保持航速;从航行经济性的角度,对于同时安装有减摇鳍和自动舵的船舶,不推荐采用舵鳍联合减摇的控制方法。     

横向补给状态下两船的摇荡运动特性

采用多体水动力学软件AQWA进行横向补给状态下两船在波浪中的频域和时域分析。对高架索道上的恒张力表示为瞬时张力,分析不同航速、浪向角对横摇、垂荡和纵摇方向运动特性的影响,求得两船横向补给时较佳的浪向角和航速,为横向补给时航速和航向的选择提供指导。     

以Rankine源三维面元法求解三体船纵摇与升沉运动

为对三体船的纵摇与升沉运动进行分析,将三维面元法用于三体船在波浪中的纵摇和升沉计算。依据Rankine源格林函数,基于有航速势流理论建立理论计算模型和数值计算方法,对数学三体船型纵摇、升沉运动响应进行计算,并对计算结果规律进行分析。同时,还对其数值进行模型实验验证。根据计算结果,针对侧体布局对三体船在波浪中纵向运动的影响进行了分析。     

两船在静水中的兴波干扰数值计算

使用VOF方法计算两排水量相当的船型在静水中兴波的水动力干扰,计算时采用两型值一样的Wigley船作为对象,湍流模式选择了RNG k-ε模型。在模拟计算时,变化两船的航速以及两船的间距,得到不同状态下的兴波波形。将得到的波形加以比较分析,进而得出兴波值最大的位置。低速时兴波最大值出现在距船首1/3船长左右的位置,高速时兴波最大值出现在距船首2/3船长左右的位置。将计算结果与实验结果相比较,令人比较满意,证明这种算法是很有效的,为以后的较为复杂的船型两船干扰模拟计算提供了一些参考。     

11.8m翼滑艇阻力性能的模型实验

选择具有浅V滑行面及T型水翼11.8m翼滑艇进行阻力研究。进行了翼滑艇模型的阻力实验。选择两个不同的初始安装角(-1.5o及0o),分别进行阻力实验,然后对结果进行综合分析与比较,得到了该型翼滑艇阻力性能的有关结果,纵倾状态随航速的变化情况,以及不同水翼安装角对阻力性能的影响。实验结果表明该船型在高速阶段阻力性能优于尺度相近滑行艇,水翼的设计基本符合要求。实验结果可应用于实船的设计。     

双体船兴波阻力数值计算及兴波干扰研究

本文基于Noblesse新细长船理论,编制了Matlab兴波阻力数值计算程序。对双体Wigley船型进行了计算,并将船模阻力实验值与计算结果对比,验证程序的可靠性。同时,计算了一艘实际双体船,给出了该船在设计航速下出现有利干扰的片体间距范围,为该船的设计提供一定的理论依据。     

4千吨级单体深V复合船型模型试验研究

对新研发的4千吨级深V单体复合船型模型在拖曳水池进行了静水阻力及耐波性试验.并将单体复合船型的试验结果与常规单体深V船型试验结果进行比较,分析减纵摇组合附体对复合船型静水阻力、航行浮态和耐波性的影响.试验结果表明由减纵摇组合附体构成的4千吨级单体深V复合船型的静水阻力与单体深V船型相比变化不大,而其纵向运动得到了有效的抑制,大幅改善了单体深V船型的耐波性能.研究结果表明,由新型减纵摇组合附体组成的单体复合船型向大吨级舰船推广应用是可行的.