片体位置及航速效应对三体船波浪载荷的影响

基于三维时域Rankine源法计算不同航速下三体船的总纵垂向弯矩、垂向剪力和总纵扭矩以及连接桥上的横向弯矩、垂向剪力和横向扭矩。基于北大西洋海况的长期预报结果,研究片体纵向位置以及航速效应对三体船波浪载荷沿船长、随浪向的分布规律以及对载荷大小的影响,得出基于波浪载荷的片体优化分析和航速建议,可以为三体船的载荷直接计算和结构强度分析提供参考。研究发现,片体位置对纵向扭矩以及连接桥弯扭载荷的分布和大小影响很大,片体位于距船尾约35%~40%L比较有利;船舶在中高航速(0.25≤Fn0.4)下的波浪载荷比较小。此外,改善片体重量分布有利于减小连接桥载荷。     

基于动力数值分析的抛锚航速

锚泊操作是船舶的一项关键操作,抛锚时航速太快会损坏船舶的锚设备,严重时可能会导致发生搁浅、碰撞甚至人员伤亡等事故;抛锚航速太慢则会增加操纵船舶的难度,可能导致锚链与锚绞缠,因此,合理控制抛锚航速在锚泊操作中尤为重要。在船舶动能模型的基础上,建立锚链张力与抛锚航速的数学关系模型。充分考虑在锚触底至抓牢过程中做功所消耗的动能锚设备强度的相关要求,选取小型、中型、大型和超大型等4种不同实船船型,在不同出链长度情况下,分别计算当锚链受力不超过锚机刹车力和锚抓力时的抛锚航速极限值。将抛锚航速计算值与经验值进行比较并分析计算值的局限性,提出抛锚航速的建议。     

桥区限制性航道通过能力研究

结合船舶领域概念及桥区限制性航道船舶航速公式,采用标准船型船舶吨位与船舶长度最小二乘回归分析推求两者关系。引入加权平均船型概念,建立桥区限制性航道通过能力计算模型。结合工程实际情况,通过与以往公式进行对比认为,文章提出的方法结果较为准确,计算过程简单,具有较高的实用价值。     

基于交通波理论的混合水域通航效率研究*

为研究船舶在混合水域内船舶靠离泊作业对其航道通航效率的影响,以交通波理论为基础,结合船舶交通流特 性,建立了混合水域船舶交通流波动模型,进而解释船舶靠离泊作业时船舶交通流的集聚和消散过程,根据船舶交通量、 航速、船舶流密度和靠离泊作业时间,建立混合水域干扰影响范围与时间计算模型。以福姜沙南水道为例进行模型验证, 进行安全条件下的混合水域船舶通航效率量化研究。     

内河航道航速限速分析

为提高航道的载运量,以船舶流量最大为依据,运用交通流理论和跟驰模型对航道船速进行分析求解。首先根据航道主要船舶比例数据得到航道的标准船载质量,然后运用matlab拟合求出相应的标准船长,再根据交通流理论和跟驰模型得到最佳的航速设置,从而实现对船舶航速的优化分析。     

穿浪单体船型水动力性能的CFD数值模拟研究

为了研发低阻、高耐波性新船型,以某圆舭船型为参考船型,设计了穿浪内倾深V型主船体,并设计了半潜艏和水滴形球鼻艏两种形式的艏部附体。基于CFD数值模拟分析不同主船体和艏部附体对于船舶横摇稳定性、静水阻力和耐波性的影响。通过水池模型试验进一步研究不同船型的耐波性,并验证了CFD数值方法的准确性。研究表明,深V船型的横摇和纵摇稳定性优于圆舭船型,且在高航速时深V船型的静水阻力性能也优于圆舭船型。在高航速下,水滴形球艏有利于减小深V船型的兴波阻力和波浪增阻,而半潜艏对于提高船舶纵向稳定性具有更加显著的效果。     

内河船舶流当量系数研究

为使不同航道、交通条件下的混合交通量之间具有可比性,建立一个统一的换算关系,从分析船舶的避碰领域和船舶吨位与面积的函数关系入手,提出了基于船舶平均吨位的船舶流当量系数的计算方法,并利用此方法对京杭运河的标准船型进行了计算。计算结果表明:京杭运河船舶交通流的折算系数符合航道的实际运行情况,能够实现现实交通流与理想交通流的流量之间的等量转换,为内河交通工程学的进一步发展奠定了基础。     

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。     

大型运输船舶快速性能回归分析研究

基于450条大型运输船舶的船型子样及其快速性能试验数据,应用多元统计回归分析方法,分段研究了大型运输船舶的阻力系数与自航因子的快速估算策略。通过不同船型自变量方案组合的对比分析,得出了影响大型运输船舶快速性的主要船型参数,进而得出了两套阻力系数与自航因子的统计回归表达式,并通过实例验证其正确性。研究成果可用于大型运输船舶的航速快速预报,也为大型运输船舶的快速性能优化指明了方向。     

基于数据挖掘的船舶海上复杂交通流避障导航建模

船舶在海上航行,由于海洋环境复杂,航道上船舶的航行航速、航向、载重等均存在不同,因此,航行过程中的船舶随时面临着各种风险与障碍物。为了更好地保障船舶安全,必须对各种障碍物进行预判,寻找到最安全科学的航线,为此建立新型的船舶海上复杂交通流避障导航模型——FABP模型。首先将蚁群算法与c均值模糊聚类算法进行融合,得到各种障碍物的聚类中心,然后利用BP神经网络自动寻优能力,根据不同聚类中心的类型,对海上不同类型的障碍物进行预判,得到最优的船舶海上复杂交通流避障航线,最后进行实验仿真,结果表明,本文模型得到的船舶海上复杂交通流避障航线,路途更近,安全性能更高,效率更高。     

两种横向加速度计算方法对集装箱系固的影响

基于700～4 200 TEU等5种典型的集装箱船,对《CCS-2012》规范和《CCS-2017》规范给出的2种用于集装箱系固计算的横向加速度计算方法进行对比,计算5种船型不同纵向位置的横向加速度及可实现的最大堆重,基于4 200 TEU集装箱船讨论船型参数对《CCS-2017》计算结果的影响,结果表明,与《CCS-2012》相比,《CCS-2017》对船舶尺度大于1 900 TEU级的中、大型集装箱船的系固设计有利,但将给船舶尺度小于1 900 TEU级的小型集装箱船的系固设计带来不利影响;对于船舶尺度大于1 900 TEU级的集装箱船,随着船舶尺度的增加,《CCS-2017》的优势越明显;方形系数、航速、船宽对《CCS-2017》的横向加速度及最大堆重计算结果存在一定影响,其中船宽是最主要的影响因素。     

船舶冰区航行动态建模

冰区航行船舶操纵仿真训练平台的建立,可完善现有航海操纵模拟器的操船训练功能。针对船舶冰区航行特点,运用微元法建立船舶冰区航行动态数学模型,并将该模型加载到航海操纵模拟器的平台开发中。利用微元法对船舶与冰层接触部分进行分析研究,得出船舶纵向、横向和垂向3个方向上冰层对船舶的冲击速度,从而得出船舶各个方向上受到冰块冲击力的大小,并将其加入到分离型船舶操纵运动数学模型中。通过对给定船型进行旋回仿真实验,实验结果表明本文建立的船舶冰区航行运动数学模型的误差在20%以内,可以应用于现有的航海操纵模拟器开发应用当中。     

顶推船队联结力试验研究

对推船与驳船之间的系结力进行模型试验,测量不同航速、不同浪向角对应的驳船和推轮联结处的纵向力、横向力和垂向力,将试验结果换算到实船,供顶推船设计参考。     

基于CFD的海工支持船纵倾优化

海洋工程支持船(OSV)因其船型特点,以一定航速航行时姿态较静止时的浮态会发生变化,进而会影响船舶的阻力。为减小船舶阻力,纵倾优化是一种非常有效的手段。首先运用CFD手段,通过对y+、湍流模型及网格依赖性等方面的研究,建立了适用于该类船型阻力计算的数值方法。在此基础上,对两型尺度相近,但不同线型的OSV进行了纵倾优化,数值模拟的结果发现纵倾优化在不同船型、不同线型、不同航速下而呈现不同的特点,为船舶实际运营中提供了指导。     

超大型浮体柔性连接器动响应研究

为了降低VLFS(超大型浮体)模块连接的巨大载荷,通常选择柔性连接器.本文以某横向浮筒式的浅吃水超大型浮体为研究对象,采用RMFC模型(刚性模块柔性连接器)分析连接器载荷和模块运动响应,并与三模块模型试验进行比较验证.通过较高和较低横向刚度的系列纵向和垂向刚度组合的连接器载荷计算,给出连接器载荷随刚度变化的关系,分析连接器载荷峰值出现的原因.针对连接器载荷峰值对应的刚度组合,计算模块运动响应,分析模块相对运动模式.研究结果表明,对于较高和较低的横向刚度,均存在一定的纵向和垂向刚度组合,导致连接器载荷出现较大的峰值;连接器载荷峰值对应浪向角85°左右的海况,模块相对运动主要表现为艏摇.     

M船型阻力模型试验研究

为准确评估M船型的水动力特性,掌握该船型的阻力特性和船型特征,对该船型进行阻力模型试验研究。通过测定不同排水量、不同重心纵向位置下船模的阻力值、纵倾角及重心升沉值,研究排水量和重心纵向位置对该船型阻力性能的影响。试验结果表明：M船型具有与常规滑行艇不一样的阻力特性,该船型拥有2个高速阻力峰,当航速持续增大越过第1个高速阻力峰后,阻力值有明显的回落,当航速继续增大越过第2个高速阻力峰后,阻力值基本保持不变,且2个高速阻力峰出现的航速与排水量大小和重心纵向位置的相关性不大。     

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%.     

基于加权单箱功率指数的集装箱船大型化分析

基于减小单箱能耗的考虑,选择具有代表性的5型超大型集装箱船,通过引入加权单箱功率指数的衡量指标,综合考虑船型尺度、营运航速、均质箱重载箱量,以及吃水状态,分析比较各个因素对于目标船型的单箱能耗的影响,认为从船舶大型化、降速航行、营运时侧重装载轻质均箱因素入手,可不同程度地减小单箱能耗。     

基于阻力图谱的船型参数敏感度分析

目前,已定性掌握船舶主尺度及主要船型系数对船舶阻力性能的影响趋势,但各个船型参数对阻力性能的具体影响程度仍不明确。为了确定各船型参数对阻力数值的贡献率,基于泰洛系列剩余阻力系数图谱,通过回归分析法,利用Isight软件在不同航速下对棱形系数、排水量长度系数以及宽度吃水比进行对剩余阻力系数的敏感度分析。结果得出各参数对剩余阻力的敏感度指数,并验证了已知船型参数对阻力的影响趋势。结果表明,敏感度分析结果具有较高的可信度,对于船舶设计具有一定的指导意义。     

KCS船型浅水操纵水动力计算

以国际船舶操纵性比较研究标准船型KCS为对象,采用一种基于细长体理论的数值方法计算船舶在浅水中以一定的航速航行时的操纵运动线性水动力导数,给出的结果反映出水深和航速的影响;数值结果和现有的经验公式估算结果进行比较,验证该方法的有效性.