模糊集和熵权法在船舶耐波性综合评价中的应用

运用模糊集和熵权法开展船舶耐波性综合评价,建立基于横摇、纵摇、垂荡、砰击、甲板上浪、螺旋桨出水和船艏垂向加速度的船舶耐波性综合评价体系,系统阐述该方法的基本原理和实施步骤。该模型结合客观赋权法和主观赋权法的各自特点,依据输入指标的数据矩阵提取备选方案中的有效隐含信息,并反映评价对象所处的背景条件和评价者的意图,其综合权重的确定过程全面且成熟。以30组样本数据为输入,对某油船在不同航行状态下的耐波性能开展评价分析,研究表明,模糊集和熵权法在船舶耐波性综合评价中具有一定的推广和实用价值。     

船舶实海域耐波性预报系统研究开发

以Hydro-Star计算出的船舶运动响应为基础进行短期预报;利用"海洋风浪环境数据库"中的实海域长期统计资料结合短期预报结果完成长期预报.以一艘3 100箱集装箱船为算例,对船舶实际航行海域的耐波性进行了预报,并按系统内置的综合耐波性衡准对该船进行了耐波性等级评定.预报结果给出了船舶纵摇、横摇、垂荡等运动有义值;甲板上浪、艏部砰击和螺旋桨飞车的概率和极限有义波高以及在各航行海区中的平均失速情况.     

高海情下海上救助无人船的耐波性

为确保救助无人船能在高海情5级海况下安全航行,采用Rankine源面元频域法,对设计吃水时,船舶在不同工况、不同浪向角和不规则波中横摇、纵摇和垂荡3个自由度的运动响应进行计算分析,并用国军标相关耐波性的衡准要求进行评估.评估结果表明,救助无人船的耐波性满足国军标衡准要求,所阐述的耐波性计算方法及耐波性设计对设计类似高海情下耐波性要求较高的船舶具有积极的参考价值.     

全回转拖轮的耐波性分析

从全回转拖轮在规则波和不规则波中的横摇、纵摇、垂荡的特性以及船模试验结果,分析了全回转拖轮耐波性特点,结合有关实船论述了船舶主尺度、船型系数及线型对耐波性的影响,阐明了如何设计和建造耐波性好的全回转拖轮。     

波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模研究

在波浪的影响下,常规的船舶横摇运动时,没有建立横摇运动的模型,降低了预测的精度,不能有效地减小船舶的横摇,存在船舶耐波性较差的问题。当前方法进行船舶横摇运动的建模时,不能减小船舶的横摇,降低了船舶的耐波性。提出一种基于时间序列预测的船舶横摇运动数学建模研究方法。该方法建立波浪扰动船舶横摇运动模型,依据随机的过程理论,求出空间上某固定点波浪倾角的数学模型,依据横摇运动模型得出横摇运动的数据。对船舶横摇运动进行时间序列预测克服了传统方法存在的弊端,运用时间序列的分析方法建立AR模型,应用于船舶横摇运动的时间序列的预测,减小船舶的横摇性,提高了船舶的耐波性,完成对波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模的研究。实验的结果表明,利用该方法能有效地减小船舶的横摇,提高船舶的耐波性。     

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.     

耐波性试验数据的NARMAX理论分析

采用耐波性模型试验测量的波高时历作为系统的输入,应用NARMAX模型理论对某船的纵摇和垂荡时历进行了辨识和预报.结果表明,理论分析预报得到的纵摇和垂荡时历曲线和试验测试数据时历曲线吻合度较好,只在某些峰值处有出入;当考虑到纵摇和垂荡之间的耦合关系,并在预报二者之一时,将另外一个时历也作为输入,则预报结果比较理想.NARMAX模型系统识别理论用之于船舶耐波性试验数据分析,还有待于进一步考察.     

海洋信息环境下船舶耐波性指标研究

船舶在实际海洋环境中的性能代表航行性能的优劣,通过结合海洋环境信息数据来探究船舶的耐波性能以达到对船舶辅助航行的目的,首先使用以切片法为理论的seakeeper软件对船舶耐波性进行仿真研究,获得船舶运动的传递函数和船舶纵摇、升沉、横摇有义值曲线,采用莫尔公式对模拟结果进行验证,通过数值模拟找到对耐波性指标较大的因素,根据耐波性指标衡准对船舶耐波性能做出评价,并应用统计学中的正交试验方法对耐波性的影响因素(航速、风速、航向)对耐波性指标的影响程度进行研究,使海洋环境中船舶的耐波性达到最优,从而起到指导船舶航行的目的。     

高冰级破冰船大洋航行耐波性能衡准分析

基于切片理论对一艘新型破冰船的运动响应进行分析,采用计算流体力学(CFD)方法对船体自由横摇衰减进行模拟,得出其无因次衰减系数,进而对船舶在各海况下的典型航态进行耐波性分析和短期预报,比较相关耐波性衡准,确定船舶航行过程中遇到的危险工况和晕船概率,并对比船体加装减摇水舱前后的横摇运动响应.结果 表明,该船型线特殊,耐波性较差,在5级海况、横浪条件下,垂荡响应最为明显,且加速度均方根值最大;随着浪向角的改变,横摇有义最大幅值可能达到14.68°,并超出衡准,纵摇有义幅值维持在1.98°以下,且响应变化并不显著;在迎浪状态下航行2h以上容易出现晕船现象,应尽量避免.此外,加装减摇水舱前后船体的运动响应差异明显,减摇水舱的应用效果显著.     

油田守护船减摇水舱设计

为提高油田守护船上船员生活的舒适性和安全性,提升船舶的作业效率,要求船舶具有较好的耐波性。以某油田守护船为例,通过为其设计矩形减摇水舱,减小船舶的横摇幅值,适当增大横摇周期,减少甲板上浪,提升船舶的耐波性。阐述矩形减摇水舱的力学模型和设计原理,并根据设计原理给出该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计方案;通过减摇水舱模型试验和船模水池试验,论证减摇水舱对提升船舶耐波性的真实有效性。通过在船舶试航过程中对减摇水舱系统数据进行收集,证明该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计是成功的。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

一种有效近似建模方法及船舶耐波性代理模型构建

船舶耐波性能预报计算过程复杂,会受到诸多设计变量的影响;且采用高精度商业软件如CFD预报船舶性能的计算代价非常高。文章采用拉丁超立方方法进行了设计空间抽样。定义了一个新的综合衡准指标来表达船舶耐波性能,即短期和长期作用下船舶非工作时间百分数。考虑了船舶耐波性能中的五个运动方向：横摇、纵摇、转艏、横荡和升沉。为提高船舶耐波性能计算效率,一种有效的近似建模方法—单参数Lagrangian 支持向量回归算法被用于训练并构建代理模型以预报船舶耐波性能,且该算法是由作者在过去的研究工作中首次提出。以海洋平台支援船（OSV）为例,采用SPL-SVR算法预报船舶耐波性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络和经典支持向量回归算法进行对比。该文考虑OSV的两种速度,建立了海洋平台支援船短期作用下非工作时间百分数的耐波性能响应面模型,结果显示采用SPL-SVR算法建立的船舶耐波性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较高的计算效率。     

大型豪华邮轮在迎浪中非线性运动预报方法研究

目前工程上通常采用的线性理论耐波性预报方法尚不能够准确地预报船舶非线性运动,而全非线性理论预报又因为耗时长不能广泛应用于实际工程中。现将基于切片理论的频域线性预报方法加以扩展,考虑湿表面变化的非线性因素,在时域中求解船舶非线性运动。通过对某艘大型豪华邮轮的非线性运动耐波特性研究,对其理论计算结果与试验结果比较,表明该预报方法能够较好地评估该船的非线性运动耐波特性。给出的计算方法简便、实用,适用于船舶纵向非线性运动预报,对船舶设计阶段的耐波性能评估具有一定的工程实用价值。     

基于参数化CAD模型的船型阻力/耐波性一体化设计

在舰船概念设计阶段,往往需要快速生成阻力和耐波性能兼优的船型。采用基于母型船的船型融合生成方法,实现了参数化船型自动生成。在此基础上,采用iSight优化平台,将参数化船型生成技术与阻力、耐波性计算模型集成,运用多学科设计优化技术实现了船型阻力/耐波性性能一体化设计。优化方法采用多目标遗传算法以获取Pareto前沿。以一艘46 000 DWT油船的型线优化为算例对这个过程进行了具体说明,试验结果表明总阻力降低了3%,验证了这种方法的可行性。     

8000kW救助船规则波下的运动与波浪载荷预报

随着数值计算技术的发展,船舶运动与波浪载荷预报精度也在不断提高。介绍了三维势流理论方法在规则波上船舶运动与波浪载荷预报中的应用,以8 000 k W救助船为例,预报了其运动与波浪载荷。通过应用三维势流理论,可以为船舶耐波性评估和结构设计提供依据。     

一型小水线面双体船的水动力性能与结构设计

简要介绍了中国船舶重工集团公司(CSIS)建立和发展的一种小水线面双体船(SWATH)优化设计工程技术系统.主要包括SWATH船型的概念设计、主尺度与线型优化、有效功率预报、纵向运动稳定性校验及稳定鳍设计、耐波性预报、结构载荷评估、波浪中的船体结构动、静响应分析等有关设计、预报与评估的系统方法.并以一型1500吨级小水线面双体型海洋调查船设计和评估为例对有关设计方法进行了说明和验证,在该船设计中,采用线性和非线性三维水弹性理论来预报载荷与评估在波浪中航行船体的结构安全性,同时在中国船舶科学研究中心(CSSRC)的拖曳水池与耐波性水池中进行了阻力与自航、耐波性与操纵性、波浪载荷等船模拖曳及自航试验.文中还给出了该船有关优化设计及模型试验结果.     

几种千吨级高性能船耐波性对比分析

为了对比分析千吨级单体圆舭船型、深V船型、穿浪双体船型、三体船的耐波性能,采用二维半理论方法计算各船型在迎浪规则波中的摇荡及首中尾部垂向加速度的频率响应函数,其中应用时域格林函数求解水动力系数,应用谱分析计算各船型在不规则波中的运动有义值.结果表明,几种千吨级高性能船在波浪中的纵向运动性能均比常规圆舭船型优,其中三体船纵向运动性能最佳.计算结果可为该吨级舰船平台选型提供技术支持.     

考虑粘性和航态影响的单体复合船型运动预报

理论与试验研究表明,单体复合船型可以大幅提升舰船耐波性但对其静水阻力影响不大.如何准确预报该船型的运动性能一直是人们关心的问题.文中采用STF法预报深V船型与深V单体复合船型的纵向运动,研究表明,由于传统切片法基于势流理论,无法反映出复合船型组合附体的粘性效应,因此预报结果与试验结果有很大偏差.文中提出采用考虑枯性的CFD软件Fluent计算带有组合附体部分船体剖面的水动力系数,采用RANS方法计算组合附体的升力系数,同时考虑高速时船体航行姿态的影响进行修正.结果表明文中采用的预报方法可以有效提高单体复合船型运动预报精度.     

保证耐波性能的目标函数的Wigley船型优化(英文)

The research performed in this paper was carried out to investigate the computational procedure to design seakeeping optimized ship hull form. To reach the optimized hull form, four stages should be done, which consists of: generate alternative hull form, seakeeping calculations, objective functions and optimization techniques. There are many parameters that may be determined in ship hull form optimization. This paper deals with developed strip theory for determining the seakeeping performance, genetic algorithm(GA) as optimization method, high order equations for curve fitting of the hull form and finally reaching to the minimum bow vertical motion in regular head waves. The Wigley hull is selected as an initial hull and carried to be optimized. Two cases are considered. For the first case, the only form coefficients of the hull(C B, C M, C W, C P) are changed and main dimensions(L, B, T) are fixed. In the second case both hull form and main dimensions are varied simultaneously. Finally, optimized hull form and its seakeeping performances are presented. The results of optimization procedure demonstrate that the optimized hull forms yield a reduction in vertical motion and acceleration.     

基于FFT-FS频谱细化技术的船模耐波性试验测量信号分析方法研究

针对FFT频率分辨率受限制且精度不高的缺点以及船模对波浪的运动响应频率是低频且窄带的特点,采用FFT-FS方法对测量的运动响应信号在其对应的窄带频段内进行频谱细化获得更细致准确的信号频域特征;通过对该算法的运算量及分析精度的研究表明该算法是一种运算效率高、分析精度高且受信号本身信噪比影响小的频域分析方法;通过对船模运动响应的仿真信号和实测信号的分析表明该算法确实能有效地用于船模耐波性试验测量数据的定量分析。