基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略

目前国内基于喷水推进器的单手柄操纵系统应用较少，通过人工控制2套推进装置的6个参数来实现船体的平移运动操纵复杂、难度大，由此，对基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略进行研究。推力分配是单手柄操纵系统的关键技术之一，其任务是将手柄输出的合力指令分配给各推进器。根据喷水推进器的特性，提出级联广义逆结合组合偏置的控制策略。该推力分配策略基于能量最优、艏向优先的方法，能自适应地调整偏置量，并兼顾喷水推进器的操纵性。仿真结果表明，该策略能适应喷水推进器优异的操纵性。     

喷水推进船舶航向稳定性分析

喷水推进是一种船舶推进方式,喷水推进器依靠进流与出流的动量差产生推力,会对船体周围的流动产生显著影响。基于裸船体计算得到的操纵性水动力系数与喷水推进器工作状态下得到的预报之间存在差异,这将影响船舶操纵性的预报。研究项目利用平面运动机构(PMM),分别开展带喷水推进装置的船舶操纵性水动力系数模型试验和相同工况下的裸船体试验,对比各项操纵性水动力系数的变化情况,总结出喷水推进装置对船舶航行稳定性的影响,找到关键的影响因素,为深入探究喷水推进器进出流动对船舶操纵性能的影响打好基础。     

船舶喷水推进器推力分布研究

应用计算流体力学方法对一典型内置推力轴承混流式喷水推进器的流场进行了数值模拟,计算和分析了叶轮、导叶体、进水流道等主要水力部件的推力分布.计算结果显示:(1)在推进特性线上的设计工况,内置推力轴承上的推力约为喷水推进器净推力(合力)的1.5倍,泵静止部件上的推力约为净推力的-0.5倍,进水流道上的推力很小,可忽略不计;(2)各部件上的推力占净推力的比例在推进特性线上的其它工况基本维持不变;(3)在非推进特性线上的工况,各部件上的推力分布不同于推进特性线上的工况,来流速度与泵转速的比值越高时泵静止部件上向后的推力越大,进水流道上的推力不再是可忽略的小量了.喷水推进器推力分布规律的研究结果可为喷水推进器和船尾结构的强度设计时加载水动力作用项提供参考.     

两用斜流式喷水推进系统研究

开发了一种摩托艇推进和水上飞行两用斜流式喷水推进系统,并对其进行了研究.首先建立了喷水推进器的推力与水力特性流量、扬程、比转速以及射流比之间的联系并由此确定了水力性能参数.然后设计了3个具有不同射流比的喷水推进器并应用数值计算对得到的外特性以及推力特性进行比较分析,研究发现根据所确定的计算方法得到的喷水推进器在接近最优效率点工作,推力满足喷水推进的要求,推功比也接近最大推功比.最后以设计得到的喷水推进器为动力源、以应用能量最小为优化目标对水上飞行喷射装备进行设计分析,得到了水上飞行工况时喷水推进器的运行范围,进一步完善了喷水推进器的设计理论和分析方法.     

浸没式喷水推进自航试验及数值模拟

浸没式喷水推进器与船体高度融合,难以通过试验的方法测量推进器各部件受力,因此文中采用船模水池试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。该文首先开展了船模拖曳阻力试验,测量了船模阻力、纵倾角及重心升沉。然后开展船模自航试验,测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数据。基于CFX软件,对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。在四个不同航速下的数值模拟中,阻力计算误差在3.7%以内,轴推力计算误差在2.7%以内,轴力矩计算误差在4.6%以内,试验测量值和CFD预报值吻合较好。通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况,泵的流量、扬程及其它流场信息,克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。     

高速船艇推进系统的设计

大、中型船艇设计航速的不断增大向设计人员提出了新的要求,要求选择在整个航行过程中能经济地满足舰艇有关性能要求的推进系统。船体以及推进器的综合水动力特性形成了船艇营运环境下速度-推力间的对应关系。对每一种推进器类型和推进器数量来讲,这样的一种速度-推力间对应关系就要求舰艇应具有某一特定的输入功率和转速。所要求的输入功率和转速与舰艇的航行模式也有很大关系,即舰艇在恒定速度运行、加速运行以及拖带物体运行情况下所需要的输入功率和转速是不同的。大多数船舶采用固定螺距全浸式螺旋桨。水面推进器适用适用于航行速度很高的船舶,而高速航行的大型船舶上越来越多地采用喷水推进器。本文根据全浸式螺旋桨、水面推进器以及喷水推进器第三种推进器的水动力特性来讨论能符合船舶航速要求的主机制动功率（BHP）与推进器转速间的关系。本文列举了一个预报航速、输入功率以及推进器转速等船舶性能的例子,其中包括了发动机特性以及制动功率（BHP）与转速间的关系。本文的后半部分还根据发动机的特性论述了在单体船上分别采用以上三种类型推进器时在功率需求方面所出现的差别。     

基于CFD的喷水推进双体船横移运动水动力性能研究

基于计算流体力学(CFD)理论,选用SST k-ω湍流模式封闭RANS方程,研究喷水推进双体船横向平移运动水动力性能。对喷水推进双体船模在不同横移航速下的粘性流场进行数值模拟,计算结果和水池拖曳试验结果进行比较,两者吻合较好,表明CFD可以用于双体船横移运动水动力性能研究。通过分析发现,双体船横移时的阻力随航速增加而快速增加;前片体阻力明显大于后片体;水动力作用点的位置随航速的改变幅度不大。准确掌握船体横移运动水动力性能,可为合理制定喷水推进器的控制策略,充分发挥喷水推进船优异的机动性和操纵性提供理论依据。     

吊舱式推进器操舵工况水动力试验研究

为了认识吊舱式推进器操舵工况的水动力特性，进行了拖武吊舱推进器模型试验研究。试验测量了拖武吊舱推进器在不同转舵方位角的推力、扭矩及转舵力矩，所获得的流体动力数据能有效地解析实船操纵方式，并能为转舵机构及吊舱结构的设计提供参考。     

喷水推进技术发展综述

该文针对喷水推进系统的控制体、推力表征、喷水推进与相互影响等基础理论研究,喷水推进泵、进口流道、操舵倒航机构、低噪声推进器等喷水推进系统的核心设计方法、相关仿真评估与试验验证手段,以及喷水推进装置在高速军、民船舶与两栖车辆三大领域的典型应用现状,进行了系统性论述。根据喷水推进技术特点以及其与现代技术发展的融合,提出了喷水推进与船体一体化系统设计、水动力设计从宏观走向微观、喷水推进数字化与智能化技术、集成电力驱动的喷水推进系统、面向隐身需求的喷水推进协调设计等喷水推进技术发展趋势。     

基于CFD的喷水推进器流道与喷口优化

为提高喷水推进器的水动力性能,对喷水推进器的流道与喷口进行了基于数值计算的优化研究。对一台喷水推进泵模型进行了敞水性能数值计算,验证了数值计算方法的准确性和有效性。对喷水推进器流道以及喷口进行参数化的几何重构和优化计算,考察流道与喷口参数对推进性能的影响。研究结果表明:在设计航速下,优化后的喷水推进器的转矩基本没变,推力和效率分别提高了2.53%和2.45%;在全航速范围,推力和效率平均分别提高了2.45%和2.49%。喷口变化对喷水推进器性能的影响大于流道变化对其的影响。适当增加流道倾角和降低导流帽倾角可提高推进性能。降低导流帽的倾角还可减弱导叶处的流动分离,改善导叶附近的流场。     

基于水动力分析的高速滑行艇阻力估算

针对滑行艇高速航行的运动特性进行其动态阻力的估算研究。首先通过分析滑行艇在高速航行时艇体受到的各种水动力，建立其六自由度操纵性数学模型，并利用四阶龙格一库塔法解算滑行艇的运动姿态。然后计算滑行艇高速航行时的动态阻力，所得结果与船模试验数据吻合较好，并对各种滑行阶段的运动特性进行分析，结果表明基于水动力分析的阻力估算方法具有较强的工程实用性。     

水翼艇翼航时稳性探讨

文章探讨V形割划式水翼艇翼航时初横稳性的计算,主要涉及水翼艇翼航时水翼浸深、横倾时左右翼升力的合力、回复力矩和稳性临界速度;提出了水翼艇翼航时稳性临界航速的概念和计算方法.文中的计算和讨论可为V形割划式水翼艇的设计提供参考.     

A unified seakeeping and maneuvering analysis of ships in regular waves

The behavior of a ship in regular waves during maneuvering was studied by using a two-time scale model. The maneuvering analysis was based on Söding’s (Schiffstechnik 1982; 29:3–29) nonlinear slender-body theory generalized to account for heel. Forces and moments due to rudder, propeller, and viscous cross-flow follow from the state-of-the-art procedures. The developed unified theory of seakeeping and maneuvering was verified and validated for calm water by comparing it with experimental and calculated zigzag and circle maneuvers. Linear wave-induced motions and loads were determined by generalizing the Salvesen-Tuck-Faltinsen (Trans SNAME 1970; 78:250–287) strip theory. The mean second-order wave loads in incident regular deep water waves in oblique sea conditions were estimated by the potential flow theories of Faltinsen et al. (Proc 13th Symp Naval Hydrody 1980), Salvesen (Proc Intl Symp Dynam Mar Vehicl Struct Wave 1974), and Loukakis and Sclavounos (J Ship Res 1978; 22:1–19). The considered theories cover the whole range of important wavelengths. Comparisons between the different mean second-order wave load theories and available experimental data were carried out for different ship hull forms when the ship was advancing forward on a straight course. The mentioned methods have been incorporated into the maneuvering model. Their applicability from the perspective of the maneuvering ability of the selected types of ships was investigated in given wave environments. The wave conditions are valid for realistic maneuvering cases in open coastal areas. It was demonstrated that the incident waves may have an important influence on the maneuvering behavior of a ship. The added resistance, mean second-order transverse force, and yaw moment also play important roles.     

海南某电厂环抱式防波堤布置主要技术

在淤泥质海岸建港,水沙运动复杂,需要布置环抱式防波堤。以类似海域中拟建的燃煤电厂为例,根据船舶操纵模拟试验以及波浪、潮流、泥沙、温排水数学模型试验成果,论证环抱式防波堤在防浪挡沙、改善港内泊稳条件、减少泥沙回淤以及控制电厂温排水方面的重要性。     

潜伏式高速船型变航态自航数值模拟

针对一种具有半潜-水面航态变换功能的新型潜伏式高速船型,基于非稳态RANS方程组与VOF模型求解粘性流场,结合动态流域边界与滑移网格技术,对目标船在垂直面内三自由度运动及其喷水推进器叶轮随船定轴高速旋转的耦合运动进行数值模拟。结果表明：在相同主机平均转速条件下,所预报自航点体积傅氏数与自航模型试验结果的相对误差在7%以内;从半潜到水面的航态变换过程中,船体有显著的纵倾与升沉,船体主要克服压差阻力,船体兴波由相互叠加的首波、肩波、尾波逐渐发展为首尾分明的两个波系,在喷水推进器射流区内捕捉到生成和发展的高强度涡系。     

有限水域内掉头时船舶运动规律的探讨

大型船舶在港内狭窄水域掉头是一项高难度的航海作业,船舶操纵人员必须了解被操纵船舶的旋回运动规律、船舶主机不同工况下的运动速度、拖轮的动力状况及港内水域的水文气象条件等。在实际的操纵过程中,驾引人员应随时掌握船舶的自身动力和船舶在缆绳、拖轮和潮流等外力作用下船舶的运动趋势,审时度势确保船舶在狭窄水域内安全掉头。通过举例说明,结合相关理论与规律在引航实践中的运用,指出了船舶安全掉头操纵作业技术要领和应该注意的一些要点和事项。     

越南沿海海港工程部分水域平面尺度优化

基于越南电力中心沿海海港工程,阐述了水深不能满足要求的项目的水域平面尺度设计方法。除根据各国标准规范及设计者的经验判断来决定外,结合船舶操纵模拟试验验证并优化设计方案,更能保证船舶在港内操纵航行的可行性、安全性和经济性。同时分析了模型试验存在的局限性,提醒设计者需要在建模和操纵等环节尽量减少模拟和实际情况的误差,保证试验准确可靠。相关设计方法与思路可为类似港口水域平面设计提供参考。     

粒子群混合算法在操纵运动模型辨识中的应用

基于经典的POWELL寻优算法和粒子群混合算法,针对航行体的操纵运动数学模型开展智能辨识研究。该方法能够很好地调整算法的全局与局部搜索能力之间的平衡,有效地提高辨识的精度和速度。采用该方法,利用航行体操纵性试验结果,对航行体操纵运动方程系数进行了辨识研究,并用辨识的数学模型进行了水面Z形操纵仿真。仿真结果表明,该方法具有很好的全局收敛性和稳定性。     

基于参数辨识模型的弹道拟合方法仿真研究

为了从有限的观测信息中较准确地获取导弹运动状态信息,针对反舰导弹末段蛇行机动和跃升俯冲攻击等突防方式,利用参数辨识模型动态适应机动目标运动模态变化的特性,实现反舰导弹机动弹道的拟合。通过仿真计算可知,参数辨识模型对蛇行机动和跃升俯冲攻击等运动模式具有较高的拟合精度,算法收敛较快,可为高精度跟踪反舰导弹提供参考。     

小水线面双体船下潜体局部强度分析研究

本文针对小水线面双体船特有的下潜体结构,运用MSC.Patran软件建立下潜体有限元模型,参考英国劳氏船级社特种船规范中的设计载荷,对下潜体典型部位三舱段模型进行计算分析,并考虑了破损工况下的下潜体局部强度问题。计算结果表明,下潜体各舱室破损状态下的应力比健康状态下大,且下潜体船艏和艉部目标舱的应力比舯部略大,各目标舱中强扶强材、纵桁、横框架和横舱壁是应力较大的结构,在设计和建造时应重点考虑。