无人驾驶船舶规模应用指日可待

现在无人驾驶飞机、汽车已经相当普遍,而无人驾驶船舶则鲜为人知.我国沈阳航天新光集团有限公司、哈尔滨工程大学在无人驾驶船舶方面做了大量的研究.由航天新光公司曾研制成功的“天象一号”无人驾驶气象观察艇(图1),为北京奥运会的青岛奥帆赛提供气象保障服务,这也是世界上首次应用无人船进行气象观察和预报.“天象一号”无人艇全长6.5米,船体用碳纤维制成,应用了包括智能驾驶、雷达搜索、卫星导航、图像处理与传输等在内的诸多当代前沿科技.其成功应用,为我国进一步研制高性能无人驾驶船舶创造了有利条件.     

高速无人滑行艇静水阻力性能数值预报方法研究

针对无人滑行艇静水直航运动姿态变化显著的特点,基于RANS方程与重叠网格技术,提出了阻力及艇体姿态的预报方法.以某深V型滑行艇为研究对象,基于Star-CCM+软件平台,开展体积弗劳德数FrΔ从0. 96到4. 8范围的直航数值模拟.将数值模拟结果与船模试验值进行对比,在滑行艇起滑前阻力值与姿态误差小于5%,起滑后误差值小于8%,在工程误差允许的范围内.该方法可以有效的预报高速无人滑行艇的静水直航性能.     

无人艇艇型优化方法

为了计算和优化无人艇在中低速段艇型阻力性能,考虑了自由表面非线性和黏性的影响,研究了滑行艇在排水航行状态的兴波阻力计算方法.结合线性兴波阻力理论,将给定约束条件下的艇型优化问题转换为求泛函极值的有约束数学优化问题,通过非线性规划优化理论,对给定的艇体主参数约束下的目标函数做有条件最小化,求解最佳优型.理论计算结果和艇模试验结果表明:利用计算方法能够有效、快速地计算艇型兴波阻力,优化后的艇型在给定的速度区间(傅汝德数为0.1～0.7)的兴波阻力系数明显降低,在优化速度点(傅汝德数为0.5)降低约20％.     

玻璃钢材料在游艇产业中的应用及展望

游艇业进入国内市场已有二十多年,近几年,国内游艇的需求越来越大,游艇工业的前景十分看好。本文综合评述了目前国内外玻璃钢游艇制造的发展概况,包括玻璃钢材料用于游艇产业的性能特点,玻璃钢船体设计理念及其技术进展,并展望了玻璃钢用于游艇制造方面的前景。     

影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

船舶的砰击问题是一个包含动边界、结构-空气-水三者耦合的非线性、非定常问题,一直是船舶领域研究的前沿热点.新船型高速三体船的砰击问题与常规单体船不同,除了主船体底部砰击外还包括连接桥砰击,这使高速三体船的砰击问题更为复杂.文中利用LS-DYNA仿真软件建立高速三体船结构二维有限元模型,计算其入水过程中连接桥的砰击问题.计算中考虑高速三体船的空气层、结构质量、连接桥宽度和主船体的舭升高角度因素对连接桥砰击压力峰值影响.通过分析,得出各个因素对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响规律.     

水面无人艇在风干扰下的操纵性能仿真

根据静水中完整的操纵运动数学模型,对无人艇载体平台滑行艇,在定常风假设下,建立了风干扰下简化的滑行艇操纵运动数学模型.利用数学模型对滑行艇在风压力及风压作用下在各个角度下的操纵运动进行仿真.     

船舶大型构件焊接变形的分析与控制

船体大型结构件的焊接变形直接影响船舶制造的质量和精度．对船体大型结构件焊接变形产生的各种原因,以及影响因素进行分析;提出根据船舶结构的焊接特点,选择合理的焊接工艺措施和参数以减小焊接变形,从而提高船舶制造的质量和精度．     

浅谈玻璃钢摩托艇的安全性能

针对我省目前摩托艇水上交通事故多发现象，从艇的安全角度在船体结构、救生设备、浮力舱、航速等４方面提出了改进设计的方案。     

基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制

设计一种基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制器,实现了无人艇在大幅度改向操纵运动中航向准确稳定快速跟踪.借助滑模变结构控制技术,设计系统带有积分器的滑模面,引入径向基神经网络逼近系统非线性函数和不确定参数,同时结合非线性阻尼定律克服外界有界干扰,最后利用逆推算法设计出系统控制律.仿真实验结果表明,径向基神经网络能精确逼近船舶非线性函数和不确定参数,控制器输出平滑无抖震,航向输出对船舶参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

水面高速无人艇运动极短期预报技术

采用基于时间序列的乘积季节ARIMA(求和自回归移动平均)模型以及无人艇模型规则波试验数据,研究了水面无人艇运动极短期预报技术。采用经趋势差分和季节差分后的ARMA(自回归移动平均)模型,运用最小信息准则和白噪声检验方法,验证所选择的最佳模型,并对无人艇进行了20步极短期运动预报。计算结果表明:无人艇船模加速度、升沉、纵摇的前10步短期预报最大误差均不超过6%,随着预测步数的增加,误差有扩大的趋势,加速度的后10步短期预报最大误差达到16.68%。可见,极短期预报技术有效。     

关于船首不同倾斜角度对船体结构的影响

基于现有五体船船型运用Maxsurf建立了六种船首模型,考虑到结构强度是船舶实其他性能的前提,针对船体的结构强度进行了分析,引入有限元方法,对构建的五体船六种船首模型建立了导入方法,实现3D立体化展示.研究结果表明:设计的115°的船首倾角对整船结构强度最有利,而船首内倾130°时船体结构变形最大,最大应力也远大于其他船型,并且发现在船首直立与内倾130°之间存在一个对船体结构强度最有利的船首倾角.研究结果验证了模型的合理性及可行性.     

极坐标系下的欠驱动无人艇分块反步镇定控制

针对非对称欠驱动无人艇的镇定控制问题,提出了基于极坐标系的一类多输入多输出分块反步法,设计了一种漂角极坐标系作为艇体的动坐标系,以极坐标系代替直角坐标系作为大地坐标系,将漂角、艏向角与极角融合处理,获得了极坐标系下无人艇水平面运动的运动学和动力学方程,使直角坐标系下的欠驱动问题简化为极坐标系下的全驱动问题。结合李亚普诺夫稳定性理论和反步法设计了一种极坐标系下的多输入多输出分块反步镇定控制律,实现了非对称欠驱动无人艇的镇定控制。在实验室半物理仿真平台下,以某长度为1.2m、质量为17.5kg的无人艇模型为实例进行镇定控制仿真试验,对比分析了分块反步镇定控制算法与传统基于对称模型的反步控制算法的控制结果。分析结果表明:分块反步镇定控制算法的位姿收敛速度提高了约10s,位置和艏向角镇定误差分别降低了约0.3m和10°,线速度和角速度超调量分别降低了约0.6m·s-1和2rad·s-1,因此,基于非对称模型的极坐标系下欠驱动分块反步法具有较大的可靠性、稳定性和精确性。     

高速圆舭艇船体阻力计算方法

本文以国内某设计研究所设计的17m长江公安艇为例,利用若干船模阻力及阻力系数图谱,分析两种用于高速圆舭艇裸船体阻力计算的图谱法和金氏回归法,并做一个浅显的比较。     

滑行艇波浪中砰击压力极值研究

滑行艇在波浪中高速滑行时,会引起局部较大的砰击载荷和非常复杂的表面压力分布。为了在保证安全的前提下将装载能力和动力最大化,艇体初步设计时必须合理的估算使用海域可能出现的局部极限载荷大小,来调整艇体抗压能力,获取最优化设计。通过在规则和不规则波浪中的模型试验,测得艇体局部受到的砰击压力极值及特性。并引用简单有效的方法计算该值,与试验测量值吻合较好,证明该方法有一定的工程应用性。     

基于CFD船体贴体网格剖分

本文对船体贴体网格进行了剖分,所得网格可用于船舶CFD数值计算.列出了网格质量的判定标准,给出了判定参数的计算方法和意义.进而用ICEM CFD剖分了船体网格,并给出了结构网格、非结构网格、混合网格的剖分流程和剖分时的注意事项.S60船体结构较为简单,采用结构网格;集装箱船体结构较为复杂,采用非结构网格.结果表明,生成网格质量较高.     

船体结构件中常见焊缝的优化布置

为提高船体制造的焊接效率和质量,根据焊缝布置的基本要求,从合理布置焊缝出发,对部分船体结构件焊缝提出了一系列的优化布置方案.依据生产一线的实际加工经验,提出了焊缝布置应便于钢板加工和避开应力集中区域、焊缝的位置应尽量可能的左右对称布置的观点;另外对焊缝与构件交错等应用中的实际问题也提出了一些解决方法,从而更好地发挥了设计的作用.     

适装T型翼的三体船阻力性能研究

为了考察T型翼与船体之间的耦合作用对三体船阻力性能的影响,在三体船中体上选择了3个纵向安装位置、2种水平翼距船底基线高度以及3种水平翼迎流攻角情况、共18个工况进行数值模拟和模型试验,探讨了适装T型翼对三体船阻力性能的影响规律,确定了在三体船上安装T型翼的较佳位置.     

基于RTK和无人艇的内河固定断面测量系统设计

为了提高固定断面测量的效率,改善目前固定断面测量存在的不足,设计了基于RT K和无人艇的内河固定断面测量系统。通过分析内河固定断面测量的特点和需求,构建了无人艇与船载端组合的固定断面测量系统,同时研究了该系统的硬件设计部分：信息采集、信息处理、信息传输。结合应用环境和无线网络技术,设计了本系统的控制逻辑架构,并阐述了系统的功能,最后展望后续的研究方向和需解决的问题。     

基于EFSPD的艏侧推建模及放样探究

船体是一个非常不规则的空间三维结构,特别是船艏、船艉处的线型突变,导致了生产设计人员对这些结构中诸如舵叶、球鼻艏、艏侧推等复杂结构无法准确地进行建模及放样.文章应用EFSPD软件,以某船艏侧推为例,给出了该艏侧推的建模过程,并结合船体放样思路,利用投影关系,有效求出了艏侧推结构中的喇叭板和筒状结构的剖面结构以及与船体外板的交线,从而得到各构件的放样图.文章认为通过EFSPD中的各个模块的组合,结合船体放样的思路,可以有效解决船体三维建模中复杂结构的建模及放样问题.     

滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究

合理的滑行面设计,是滑行艇设计中的关键问题.利用CFD软件FLUENT对滑行艇简化模型的流场进行数值模拟,得到简化模型的压力分布细节,并由此对滑行艇的滑行面进行改型,通过改型调整航态和艇底的水动压力分布,达到降低船舶阻力的目的.改型前后的实验结果显示：改型后滑行阻力与原型相比减小7%.研究表明：利用通用软件进行船舶流体力学的研究,是一个较为有效的方法;另外,通过合理布置滑行面可有效减小滑行艇滑行阻力.