预报船舶在波浪中航行时相对运动的三维模型

船舶首部的相对波面运动是由入射波浪、船舶运动、辐射波、绕射波和定常兴波诸分量组成。本文运用三维源汇法求解有航速的速度势的定解问题,利用航速的修正得到了基本解,求出了首部的相对运动的各分量。计算所得的总的相对运动量与实验结果的比较,甚为吻合。     

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。     

亚泰船厂完成达飞集装箱船球鼻艏改装

5月2日,8500TEU集装箱船“达飞·维瓦尔迪”轮在舟山亚泰船厂No.2干船坞圆满完成球鼻艏改装工程,顺利出坞。整个改装过程历时七天完成。新的球鼻艏重270多吨。原先初始设计航速在25kn左右,因慢航渐成趋势,球鼻艏也应随着航速的减慢得到相应改造。缩小球鼻艏的尺寸,就能相对适应船舶慢航时的航速,有效化解     

T型翼主动控制策略的数值研究

[目的]主动控制T型翼对船舶有着较好的纵向运动减摇效果,但最佳的T型翼主动控制策略仍未有定论,因此需对T型翼主动控制策略进行研究计算与分析。[方法]首先,采用细长体理论对Wigley III船型在不同波长规则波中的纵向运动响应进行数值计算;然后,在相同航速与波浪工况下,对加装了主、被动T型翼的船舶纵向运动进行数值预报,分析不同主动控制策略的减摇效果。[结果]计算结果显示:T型翼被动控制在共振区具有较好的减摇效果,长波区和短波区的减摇效果相对有限;纵摇角速度信号控制对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果非常显著,但对于长波区的垂荡运动会有减益效果;船艏部运动速度信号对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果较纵摇角速度信号均有10%~20%的提升,并且对垂荡运动的减摇效果也有一定提升。[结论]对于T型翼的主动控制,艏部运动速度信号控制综合考虑了纵摇与垂荡这2种运动,可以实现更好的减摇效果。     

海洋科考船艏部线型设计

以3艘海洋科考船为研究对象,采用CFD软件模拟不同艏部线型在经济航速和最大航速下艏部兴波波形和自由液面气泡沿船体曲面下泄轨迹.计算结果表明,球鼻艏线型可明显降低船首兴波波峰高度;安装导流罩可以解决船底宽度不满足多波束设备宽度的问题,但同时会增加船舶阻力并产生紊流;采用一体化隐式球艏线型有较好的兴波阻力性能同时兼顾较强的防气泡能力.     

船舶低速横甩机理研究

本文利用非线性振动理论研究了参数激励频率和波浪的强迫激励频率相同且等于艏摇固有频率2倍时的船舶1/2亚谐共振运动,揭示了船舶在低速航行、遭遇频率相对较高时,积累艏摇运动导致横甩发生的机理.     

阿芙拉型油船线型设计与优化

以一艘阿芙拉型油船为研究对象,对其快速性能优化方法和详细过程进行介绍。采用将CAD(Computer Aided Design)软件CAESES与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件Shipflow相结合的方法对船舶线型进行多工况条件下的深入优化,分析对比有无球艏的艏部设计方案;同时,采用桨前节能导管提高螺旋桨的推进效率。快速性试验结果表明,对船舶进行线型优化和加装节能导管,能取得良好的快速性优化效果。经实船试航验证,优化后船舶的航速能超过试验预报的航速。     

船舶线型设计与研究

通过船舶线型的设计与研究，进一步探明了船型与船形之间的有机联系，以及船舶线型的优劣对航速或所需主机功率，即对能耗的影响是相当大的。研究表明，同样主尺度要素下采用不同的船形，收到功率的比差可达20％，这种仅靠船舶线型本身改善而取得的节能效果相当可观。同时，还研究了不同的艉部船形对伴流场及艉部激振的影响，提供了球艏及艉部线型某些参数的选择范围，可供设计参考。     

SBD技术在"探索一号"科考船线型设计中的应用

文章介绍了"探索一号"科考船船体改型设计及基于数值仿真方法(Simulation Based Design,SBD)的艏部线型优化设计。首先,依据总体设计要求,对原船艏部进行了加长并开展了线型设计,采用基于RANS的数值评估方法对改型前后船舶阻力进行计算分析。在此基础上,采用SBD技术开展了艏部线型优化设计,以设计航速时的总阻力作为目标函数,FFD方法实现船体几何自动重构,利用粒子群优化算法对线型优化设计问题进行求解,设计结果表明:在满足工程约束条件下,最优方案总阻力收益十分显著,航速12kns时模型总阻力减小了7.7%,剩余阻力系数减小了26.6%。     

大型半潜船球首设计及阻力性能对比分析

在船速较低的肥大型船舶上，安装球鼻艏会在很大程度上降低船舶受到的阻力，球艏对艏部型线有缓和的作用,使船舶艏部水流发生改变,减少艏底漩涡,从而降低形状阻力，进而改善船舶的水动力性能。根据设计的10万吨级半潜船船型的船模静水阻力试验情况，该船舶船首由直立型改为球鼻艏型式，通过对原型和改进后的船型的阻力试验结果进行对比，检验了新船型的减阻性能，同时对船尾伴流场进行了研究，发现船首形状改变对尾部半流场影响不大     

7万吨级成品油船线型优化设计

介绍了当前国内外市场需求量较大的船舶品种之一--7万吨成品油船的船体线型优化设计,共进行了两次优化设计（艏部改型和艉部改型）,派生出三个不同的船型方案,其中包括两个不同的球艏和两个艉线型方案.船模试验结果表明：在设计航速处,改型方案2较方案1（原型）的兴波阻力下降21%,在较大的航速范围内其有效功率下降4.5%～1.9%,推进效率提高2.5%;而改型方案3则较方案1（原型）的兴波阻力下降30%,其有效功率下降5.7%～3.1%,推进效率提高2.6%.将其与现有同类船型的性能进行了比较,证明该船的最终船型方案是优秀的,改型是成功的.同时,本文也结合近代大方形系数船舶的船型特点,就艏艉线型变化对船舶阻力及推进性能的影响（特别是对船舶快速性能影响较大的横剖面形状、浮心位置、设计水线以及球艏形状）也进行了较为详尽的分析,提供了某些较佳尺度及参数范围以供设计人员参考.     

水面舰船可调型球艏设计与分析

考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感,为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性,提出可调型球艏设计思路,依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证,根据阻力对比和优化确定球艏静态参数,根据波形计算和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报,将可调型设计方案具体化。计算结果显示,可调型球艏能够实现低速阶段不增速,中高速阶段减阻显著的目标。     

定常风作用下船舶运动模糊控制的初步研究

本文研究了“Ｍａｒｉｎｅｒ”型船舶在定常风作用下的运动性能，将模糊控制理论应用于该船艏向及位置的自适应控制。结果表明，模糊控制参数的选取，控制规则的制订对于船舶艏向及位置的控制效果影响很大。同时指出，在定常风作用下，利用模糊控制可以有效地保持船舶的艏向及位置，从而为船舶操纵运动的自适应控制研究提供了一种新的思路。     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

船舶砰击强度计算方法研究

船舶在航行时发生砰击是一种高度非线性的物理现象。本文基于势流理论Rankine源法,研究用时域非线性方法计算船舶运动响应,获得船波垂向相对运动速度;并选取合适的砰击压力系数,计算船舶砰击载荷。最后用该方法评估了一艘集装箱船艏部砰击强度,验证了该方法的合理性。     

一种撬冰式破冰艏设计及静水阻力计算

基于近年来对X型艏与撬冰式船首的研究，设计一种能够兼顾无冰水域阻力特性的新型撬冰式破冰艏。通过数值模拟计算两型主尺度相同但分别具有新型破冰艏与传统球鼻艏的海工辅助船的静水阻力，并进行对比以及通过船模试验进行验证。结果表明，具有新型破冰艏的船舶在设计航速下的阻力更小，为破冰船静水阻力性能与破冰性能无法同时兼顾的问题提供了新的解决思路。     

三万吨级重吊船快速性优化设计

针对航速较快而方形系数相对较大的船型要求，对30000吨级重吊船在成功设计了艉部线型的基础上，通过多次优化艏部线型，进行船模试验分析比较，筛选出优化的线型方案并结合优化的中侧斜桨，取得了良好的实验结果，并通过实船校核，取得了比预报更好的结果。     

基于混合两步法的船舶砰击载荷预报研究

文章针对船舶结构设计时重点关注的艏部砰击载荷问题,综合考虑计算效率及精度,提出了基于势流理论和计算流体力学方法的混合两步法。第一步,采用三维势流理论预报波浪中有航速船舶的运动响应,分析船波相对运动;第二步,根据预报砰击载荷所在位置的船体横剖面,建立等截面的三维立体模型,采用基于有限体积法与动网格技术的计算流体力学方法,基于第一步得到的相对运动结果模拟落体入水过程,计算砰击压力。使用该两步法预报了某超大型油轮在压载工况顶浪航行时候的艏部砰击压力,并讨论了相对运动和砰击压力的时域历程规律。文中数值预报结果得到了水池模型实验的验证,表明该方法的可行性和预报结果的合理性。     

不同敏感性参数下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应

基于我国第七次北极科学考察获得的夏季北极海冰空间分布情况,模拟真实碎冰分布,采用LS-DYNA软件中的流固耦合方法,研究在船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度等因素影响下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应。结合试验数据得到船体结构的应力、吸能和碰撞力。结果表明：船舶-碎冰的主要碰撞区域为艏部及舷侧的水线附近;在船舶航行于碎冰域时,船体结构的应力、吸能和碰撞力的峰值随碎冰域的船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度的增加而增加,但分布情况不同。研究结果为船舶在极地冰区航行提供一定的安全性参考。     

动力定位船舶模糊解耦定速航行控制算法

[目的]在海洋石油开采、湖泊水质监测等领域,为了实现船舶自主定位及自主航行,需对动力定位船舶的航速予以控制。[方法]建立船舶三自由度(3-DOF)运动模型,提出基于模糊解耦控制的船舶定速航行控制算法。针对被控对象的建模误差,分别设计纵荡、横荡和艏摇回路模糊控制器。针对横荡与艏摇回路变量之间的耦合问题,采用前馈补偿解耦环节来消除控制量之间的相互影响。[结果]定速航行控制仿真平台的实验结果表明,该模糊解耦控制算法的动态性能好、稳态精度高,且具有一定的鲁棒性。[结论]研究成果可为船舶定速航行的精确控制提供参考。