船舶操纵性能及其代理模型构建

为了提高船舶操纵性能计算效率,文章结合基于NAPA计算仿真结果和支持向量回归方法预报海洋平台支援船的操纵性能,在收集足够相关船型信息前提下,采用能够合理探索设计空间和抽样的拉丁超立方方法获取了30条样本船型数据。通过NAPA仿射变化、位移转换及根据船型设计变量进行局部调整从而生成系列船型以表达船体几何形状。针对每个船型,分别计算了5项操纵性衡准指标：进距、战术直径、横距、10°舵角第一超越角和20°舵角第一超越角。为提高船舶操纵性能的计算效率,文中利用作者早先新提出的一种单参数Lagrangian 支持向量回归算法来训练并构建代理模型以预报船舶操纵性能,该算法整合了Laplace损失函数,仅采用单参数控制计算误差并于置信区间中增加了b2/2项。以海洋平台支援船为例,采用SPL-SVR算法预报船舶操纵性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络、经典支持向量回归算法进行对比。不需要昂贵的仿真代码计算,文中采用SPL-SVR算法建立的船舶操纵性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较好的效率和适用性。     

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。     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

大型船舶浅水操纵特性

大型船舶在浅水中操纵水动力和附加质量急剧增大是引起回转能力下降的主因,该文就75 000吨级散货船为实例,预报其在各种水深吃水比H/d下操纵性能.文中介绍了操纵运动方程,船体、桨、舵水动力的计算表达,计算船的要素,计算工况及项目.计算结果表明,随H/d减小,相应工况下的无因次战术直径、纵距及初转期都增大,而超越角有所减小,因此该船舶随H/d减小,其回转能力下降,而纠向和保持航向能力有所改善.     

大型集装箱船受风工况下操纵性计算预报

本文采用考虑横摇在内的四自由度船舶操纵运动模型,结合大型集装箱船的船型特点。水动力试验结果和完善船、桨、舵水动力、附加质量以及风载荷的计算表达,建立大型集装箱船操纵性预报方法,并完成了4500TEU集装箱船受风工况下的操纵实例计算。文中还分析了风向角αω,风速比Vα/Vα和操舵角δ诸因素对大型集装箱船风载下操纵性的影响。     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

基于支持向量回归机的船舶操纵运动在线辨识建模

采用滚动时间窗的方法实现支持向量机的在线辨识。以船舶操纵运动响应模型为研究对象,并由10°/10°和15°/15°仿真Z形试验数据构造支持向量机参数辨识所需的训练样本对,应用支持向量机进行船舶操纵运动在线辨识建模,回归操纵运动响应模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行Z形试验的数值模拟。将Z形试验数值模拟结果同仿真Z形试验数据进行比较,结果表明,在线式支持向量回归机是一种进行船舶操纵运动在线辨识建模的有效方法。     

基于支持向量回归机的船舶操纵运动在线辨识建模

采用滚动时间窗的方法实现支持向量机的在线辨识。以船舶操纵运动响应模型为研究对象,并由10°/10°和15°/15°仿真Z形试验数据构造支持向量机参数辨识所需的训练样本对,应用支持向量机进行船舶操纵运动在线辨识建模,回归操纵运动响应模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行Z形试验的数值模拟。将Z形试验数值模拟结果同仿真Z形试验数据进行比较,结果表明,在线式支持向量回归机是一种进行船舶操纵运动在线辨识建模的有效方法。     

拖曳系统对舰船操纵性影响计算

对拖曳系统的仿真计算与船舶操纵运动仿真计算同时进行，并经坐标变换将拖点张力转换到随船运动坐标系中，从而考虑了拖曳系统运动和船舶操纵运动之间的相互影响，建立相应的数学模型，并将拖曳系统作为外力处理加入到船舶操纵运动数学模型中去，数值预报了在拖曳系统作用下的某双浆双舵方尾船的操纵性能，并对结果作了讨论。     

基于细长体理论的小水线面双体船操纵性预报

小水线面双体船(SWATH)由于具有良好的船舶快速性、耐波性、稳性和效率高等特点,已经成为新船型的代表。根据小水线面双体船的船型结构特点,在操纵运动数学模型的基础上,充分考虑小水线面船的结构特点和双体、双桨、双舵之间水动力的相互影响,采用细长体理论计算了附加质量、附加惯性矩和线性水动力导数,编制了双体船操纵运动预报程序,并结合实例对SWATH的操纵性能进行了预报。     

基于支持向量机的船舶操纵运动在线建模

支持向量机算法以结构风险最小化为准则,具有良好的泛化性,是一种先进的人工智能算法。文章根据最小二乘支持向量机对其增量式算法进行推导,并应用该算法对船舶操纵运动进行在线建模。通过仿真试验对粘性力和舵力水动力导数进行在线辨识,通过自航模试验对操纵性K、T指数进行在线辨识,并利用K、T指数对自航模的转首角速度进行了预报,所得结果都同试验值非常接近,证明了增量式最小二乘支持向量机应用于船舶操纵运动在线建模的有效性。     

7800 t沥青船操纵性能优化研究

结合国际海事组织法规对船舶操纵性的相关要求,采用自由船模试验的方法对某7800 t沥青船的Z字试验操纵性能进行了研究.通过加大舵叶面积、优化舵叶形状和增加附体等技术手段,对该船型的偏航和保向性能进行优化.船模试验结果表明:采用3号舵加附体的方案,可以确保该船的Z字操纵性能相关指标在设计阶段满足法规要求,实船的合规性也经试航得到了验证.     

船舶多工况操纵运动仿真及其在初步设计中的应用

首先整理了前人的试验资料，建立了船舶多工况操纵运动数学模型及其仿真系统，给出了一种新的风力及风力矩数学模型并预报了船舶在风力作用下的操纵运动；并且提出了估算浅水中船体水动力的新方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能；同时，对船舶紧急停船运动进行了仿真研究，给出了合理的计算模型。最后基于船舶操纵性能仿真系统开发了一个利用船舶操纵性能确定船型尺度的初步设计系统。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关。[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟。运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动。通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比。通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响。[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性。[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段。     

基于岭回归方法的船舶操纵运动建模

基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法.通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方法的有效性.     

小型无人帆船Z形操纵性能预测分析

[目的]无人帆船的操纵性预测对实现智能循迹航行具有关键性的作用。为了研究舵角与船体运动之间的关系,实现对操纵性的准确预测,[方法]采用数值模拟方法,系统研究无人帆船船—舵斜航粘性流场模型及其水动力特性,在对船—舵系统的水动力特性进行仿真前,分别对船体、敞水舵的数值计算结果与理论方法予以初步验证;然后,在此基础上实现无人帆船船—舵斜航粘性流场的数值计算;最后,利用MMG分离建模方法建立帆船的操纵运动模型,采用四阶龙格—库塔方法对微分方程进行求解,通过模拟船舶Z字形航行来分析船舵对船体操纵性的影响。[结果]结果表明,应用CFD方法预报船体操纵性可行。[结论]船体的操纵性能可以适用于规定工况下无人帆船的安全航行。     

喷水推进船的操纵性预报及运动仿真

根据船舶的船型特点和航行状态，采用日本操纵运动数学模型小组(MMG)提出的非线性数学模型来模拟喷水推进船的操纵运动。为获得操纵运动参数，选用四阶定步长龙格．库塔法来求解该数学模型，并将理论计算结果与实船试验结果进行了比较，说明用该方法来预报喷水推进船的操纵性能是可靠的。最后，在Visual C 平台上结合OpenGL图形接口技术，进行舰艇的运动仿真，其仿真结果比较可靠，具有重要的参考价值。     

49500载重吨散货船襟翼舵的性能优势

选取采用常规舵的47 500载重吨散货船和使用襟翼舵的49 500载重吨散货船这2种不同形式舵叶的相近船型,进行操纵性能的对比。通过试验证明,襟翼舵比常规舵在船舶操纵性能上更具优势,从而进一步说明襟翼舵能够提升船舶的安全性和经济性。     

基于最小舵系能耗的操舵策略计算方法

对舵系能耗的构成进行计算分析，结合船舶操纵运动数学模型（MMG）建立舵系能耗计算方法，针对具体算例求解以最小舵系能耗为目标的最优操舵策略，讨论相关变量条件对操舵策略及舵系能耗的影响。结果表明：该计算方法具有可行性；对于算例船舶，以10°舵角操舵是使艏向角改变60°的最优操舵策略；不同的舵压力中心位置、舵阻力特性和初始航速条件不会改变算例船舶给定目标任务下的最优操舵策略。研究结果可为船上智能驾驶系统或驾驶人员做出操舵决策提供有效的算法支撑。     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.