用Morlet小波变换研究舰船横摇垂荡耦合特性

本文探索了用小波变换方法对舰船横摇垂荡非线性耦合动力学特性的研究.对于考虑与垂荡二次耦合的舰船横摇方程,用Morlet小波变换分析其摇摆响应动力学特性,研究分析了船舶在几种典型波浪中的状况:稳定区域中的横摇回复和稳态横摇;非稳定区域的横摇发散;以及混沌现象.研究表明,通过小波变换所特有的时频窗,对横摇响应小波变换系数的模和相等信息进行分析,可以获得船舶横摇-垂荡耦合非线性动力学幅值和频率的各种典型特征.     

规则波浪中舰船摇荡耦合切片计算方法

[目的]切片理论方法在舰船耐波性设计中有着广泛的工程应用,该方法是针对切片平均位置来计算水动力,本质上缺少船体垂荡、纵摇与横摇的运动耦合性。为有效耦合船体垂荡、纵摇与横摇的运动,[方法]基于广义纵倾角和广义吃水增量的参数,以及船体坐标系下瞬时波面方程的解析表达式,以满足波面处压力为零的条件修正波面下压力分布的计算公式(史密斯效应);基于波面方程和压力分布修正公式,给出瞬时波面下船体切片的静水力与傅汝德—克雷洛夫波浪扰动力之和的计算方法,惯性水动力和阻尼力则采用经验公式估算。建立船体垂荡、纵摇与横摇耦合的时变系数动力学方程,采用AutoCAD图形面域技术开发计算软件,数值计算规则波浪中舰船的耦合摇荡运动。[结果]数值计算结果表明,大波高时横摇幅频曲线呈现出较为显著的因摇荡耦合导致的非线性效应,同时在横摇共振区内有明显的波浪传播方向的横摇偏摇现象。[结论]所得计算方法对于舰船高海况下的耐波性预报将产生积极的作用,计算软件可以作为耐波性设计选型的评估手段。     

基于低通滤波和经验模态分解的舰船耐波性试验信号分析方法研究

针对舰船耐波性实测信号中趋势项难以消除而影响滤波精度这一问题,采用经验模态分解方法消除趋势项的影响.根据舰船对波浪运动响应的低频特点,在经验模态分解前先进行低通滤波,可使实测运动信号中的谱峰频率处在相对高频位置,减少EMD迭代次数,并使有用信息包含在第一个IMF中,方便对有用模态的识别.还针对实船耐波性试验无法直接获得垂荡位移的实际问题,对垂向运动加速度联合采用低通滤波、数值积分和EMD去趋势项消除积分误差的方法获得垂荡,通过模型耐波性试验以及对实舰横摇角速度采用该方法求得的横摇与实测横摇的比较,验证了该方法在舰船耐波性实测信号分析中的有效性.     

基于CFD方法的舰船顶浪运动响应幅值算子计算

基于计算流体力学(CFD)方法,给出了舰船在波浪中运动的数值模拟方法,采用边界造波法生成了精确的三维规则波浪,实现了DTMB 5512船模在2种不同波高规则波中顶浪运动时的垂荡及纵摇耦合运动数值模拟,求取了垂荡及纵摇运动的响应幅值算子,通过船模水池实验数据及势流理论方法验证了数值模拟方法的精确性.     

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。     

舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析

分析了现有舰船姿态坐标变换的方法及其存在的不足.结合舰船平台罗经测量舰船姿态的原理,明确指出虽然舰船姿态变化是随机的,但是平台罗经测出的舰船姿态是按照一定顺序进行的,由地理坐标系(惯性坐标系)到舰船甲板坐标系的坐标转换必须按照航向--横摇--纵摇的顺序进行;而由舰船甲板坐标系到地理坐标系的坐标变换必须按照纵摇--横摇--航向的顺序进行,并推导建立了舰船姿态变换方程,为舰船稳定平台及舰船姿态补偿的实现提供了理论依据.该研究成果也可在航空航天、天文及控制领域推广应用.     

一种舰船垂向磁场换算成矢量磁场的方法

获得舰船磁场的最简单、经济的方法是,当舰船通过其下方某一深度(正交于舰首方向)的垂向磁传感器阵列平面的时候,测量舰船垂向磁场分量。采用数学方法处理垂向磁场数据,推算出舰船的矢量磁场(3个方向的磁场)。该方法非常容易在计算机上实现,它具有在数秒内获得精确结果的优点,并且既省钱又省力。同时仅需要少量磁传感器,便能得到任何方向的磁场。     

姿态变化对舰船感应磁性的影响

基于弱磁环境下铁磁质的磁化规律,利用舰船姿态变化模型和国际地磁参考场模型,研究不同磁航向情况下,横摇角、纵摇角和偏航角对舰船感应磁性各分量的影响。仿真分析表明,在地磁坐标系中,舰船的各个感应磁性分量除了受磁航向影响之外,还受横摇角、纵摇角和偏航角的调制作用,其中,横摇角的作用最为显著,使得相应磁性产生与横摇频率相同的变化;纵摇角的作用次之,偏航角的作用最小。     

舰船减摇和抗倾覆系统的研究

舰船在海上航行时受到海浪与海风作用力的冲击,会产生横摇、纵摇等运动,当横摇与纵摇角度超过其平衡点时,舰船就可能发生倾覆等严重的事故。本文研究的目的是提高舰船的减摇与抗倾覆能力,本文基于DSP控制器,设计一种舰船减摇与抗倾覆控制系统,并详细介绍了该控制器的硬件组成与减摇性能。     

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。