基于惯性测量和卡尔曼多步观测器的船舶升沉运动测量方法

为了得到精确的船舶升沉运动信息,解决升沉加速度二次积分后的漂移和相位超前现象,基于卡尔曼滤波算法建立船舶升沉运动的多步观测模型,提出一种基于惯性测量和卡尔曼多步观测器的船舶升沉运动测量方法。首先,升沉平台模拟船舶升沉运动,使用惯性测量元件采集升沉加速度,经过滤波二次积分得到升沉位移。然后,对升沉加速度进行误差分析,运用升沉位移与升沉加速度的关系建立船舶升沉运动的状态空间模型并利用状态转移矩阵进行多步观测,消除升沉位移的漂移和延时。实验结果表明,本文所提出的测量方法可以解决不同幅值船舶运动中的偏移和相位超前问题,测量误差在0.01 m之内,体现了测量的精确性。     

基于BP和LSTM组合优化的船舶升沉运动预测

预测船舶升沉运动有助于增强波浪补偿系统的补偿效果,解决补偿系统滞后问题。为提高预测模型的预测精度,提出一种基于误差反向传播（BP）神经网络和长短时记忆（LSTM）神经网络组合优化的船舶升沉运动预测方法。以采用计算流体动力学（CFD）方法获取的船舶在规则波浪作用下的升沉运动和在突发性干扰下的升沉运动为对象,基于PYTORCH框架和LINGO软件,建立以加权方式组合优化BP神经网络和LSTM神经网络的预测模型。研究结果表明,无论是船舶在规则波浪作用下的升沉运动,还是船舶在突发性干扰下的升沉运动,BP-LSTM组合模型的预测精度均高于BP神经网络和LSTM神经网络,有助于提高补偿精度。     

深V型滑行艇纵向运动试验研究

深V型滑行艇模型纵向运动试验研究表明：规则波中,升沉响应的平均值与静水航行时的重心升高极为接近,纵摇响应的平均值与静水航行时的纵倾较为接近,证实了相同航速下滑行艇在波浪中航行的纵向运动是相对于静水浮态的升沉纵摇运动;随着航速的增加,升沉响应峰值、纵摇响应峰值、垂向运动加速度峰值都向长波方向移动;速度较高、波幅较大时,升沉、纵摇、垂向运动加速度是非线性的。     

船用起重机主动式升沉补偿控制的研究

对海上作业的船舶运动和起重机升沉运动进行分析、建模,从速度补偿和位移补偿两个方面分析了船舶起重机主动式升沉波浪补偿控制的原理。     

船舶参数激励非线性运动升沉(纵摇)-横摇耦合关系的研究

本文考虑船舶参数激励非线性运动 ,导出了升沉与横摇耦合系数的计算公式 ,计算了耦合系数值 ,探讨了升沉对横摇的影响 ,进一步揭示了升沉 (纵摇 )能量向横摇运动转移的机理 ,这对于高海情下船舶运动控制具有重要意义。     

驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响

文章探讨驳船吊挂沉放法进行沉管管段的沉放作业过程中,驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响。采用边界元方法求解作用在沉管管段的波浪力,驳船升沉运动考虑为简谐运动,应用四阶Runge-Kutta方法求解沉管管段的运动方程。通过数值算例分析,探讨了驳船做不同振幅与不同相位的升沉运动和波浪联合作用下沉管管段的运动特性。     

二维振荡翼型俯仰和升沉耦合运动的水动力性能分析

为了分析二维翼型在非定常状态下俯仰和升沉耦合运动的水动力性能,本文基于RANS方法,运用重叠网格技术,以NACA 0020翼型为研究对象,分析了翼型耦合运动与单一运动的区别以及不同振荡频率对翼型耦合运动时升力、阻力和涡流的影响。结果表明:二维翼型做耦合运动时,振荡频率越小,俯仰运动效应大于升沉运动效应,振荡频率越大,升沉运动效应加强;翼型的振荡频率越大,翼面上涡的分离越迟,翼型发生失速的时间越晚;脱落涡的范围越广,翼型的升力系数和阻力系数越大。     

差分方程在船舶电液比例阀控缸机构建模方法

为了克服海洋环境中巨型波浪的恶劣环境,需要为船舶配备升沉运动补偿系统。当前船舶通用的补偿系统是基于一定的控制算法控制液压系统进行广义补偿,使得平台的广义升沉运动大幅度下降,并消除或减弱由波浪引起的船舶横向摇动和纵向摇动。本文主要使用电液比例原理建立电液比例阀控缸机构模型以及升沉补偿系统的数学模型,并用系统识别技术建立了差分方程模型。通过各机构相互的位移及受力模型,解决了船舶升沉补偿系统滞后大、惯性大的问题。     

以Rankine源三维面元法求解三体船纵摇与升沉运动

为对三体船的纵摇与升沉运动进行分析,将三维面元法用于三体船在波浪中的纵摇和升沉计算。依据Rankine源格林函数,基于有航速势流理论建立理论计算模型和数值计算方法,对数学三体船型纵摇、升沉运动响应进行计算,并对计算结果规律进行分析。同时,还对其数值进行模型实验验证。根据计算结果,针对侧体布局对三体船在波浪中纵向运动的影响进行了分析。     

水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇纵向运动预报

为了探究水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇的运动响应,本文基于喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立了水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇非线性纵向运动数学模型。分析了在水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇滑行过程中的受力特性,确定了艇体受到的重力、浮力、动升力、水翼的升阻力及力矩等。提出了可控水翼对滑行艇运动过程中的升沉量和纵倾角的控制策略。完成了0~8级线性风、周期风、随机风作用下水翼变攻角和水翼变攻角+纵向运动对滑行艇运动升沉量和纵倾角控制结果分析。结果表明,当主机输出功率一定时,水翼变攻角可以控制滑行艇的升沉量,弱化纵倾角幅度,而水翼变攻角+纵向运动可以同时控制滑行艇的升沉量和纵倾角。本文为水气双重介质共同作用下可控水翼对滑行艇纵向运动预报提供了有效的研究方法。     

船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究

摘要：为进一步研究船舶在大幅度转向时艏摇和横摇的耦合机制,在非线性船舶运动数学模型的基础上,进行了不同情形下的操纵仿真试验。试验结果显示在大舵角转向时,船舶的艏摇和横摇运动存在较强的耦合作用,横摇幅度和艏摇幅度存在正相关性。指出大幅度的横摇使艏摇出现相位滞后和偏离基准航向的现象;在横摇过大的情况下,大幅度动舵和加速操纵将导致稳性迅速消失和航向打横。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

拖曳系统运动传递计算

由母船、拖缆和拖体构成的拖曳系统,在拖航作业中,母船受风浪扰动发生升沉和纵摇运动,水面扰动沿缆传递至拖体,影响探测设备性能。文中研究的合理简化的母船波浪运动预报模型、结合已有的拖缆动力学计算模型耦合拖体空间运动模型,构造衔接条件和转换关系式,建立较为完整的水下拖曳系统运动传递模型。编制相应计算程序,计算了二段式拖曳方式对扰动的传递,归纳其扰动传递特性。表明该模型可应用于拖曳运动稳定的设计分析。     

两层流中潜体运动与诱发内波特征关系研究

在两层流体中潜体运动会激发生成内波。文章通过编程控制潜体运动,使用动态分层法保证潜体运动时边界层不受影响,基于RANS方程多相流模型,采用求解相的体积分数方式捕捉内界面波形。潜体定常运动计算结果与实验结果相符,通过此方法,对比不同潜深下潜体诱发内波波高和波长随密度Froude数的变化特征,得到了诱发内波波高最大处的临界密度Froude数,重点研究了在临界密度Froude数处潜体加速运动和减速运动对诱发内波幅值及其波动过程的影响。     

Influence of initial heeling angle on ship roll motion response北大核心CSCD

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

海流作用下舰船锚链运动模型研究

为研究海流作用下舰船锚链的运动响应,在锚链微元运动控制方程基础上,计入其受到的海流作用力和弹性形变等因素影响,建立锚链运动模型并进行了仿真,进而与经典悬链线方程法的计算结果对比分析。结果表明,海流作用会对锚链悬链段长度、顶端位移以及各点处的张力等产生影响,且这一影响将随着海流流速的增大而愈加明显,实际工程中应予以考虑。建立的舰船锚链运动模型及结论分析,对舰船锚泊安全的理论研究和工程实践具有一定参考价值。     

用谐波小波变换法研究船舶横摇的非线性动力特性

本文探索了一种用小波分析的方法来研究船舶非线性横摇系统的运动.对于非线性非自治系统的响应主要有周期、准周期和混沌几种状态.而在系统参数变化时,又由周期分叉形成了准周期和混沌.因此,需要对周期解做更多的研究.当系统响应是周期的,通过小波变换,可以得到一些不同频率的谐波,这些谐波与谐波平衡法得到的解非常相似,因此也就可以作为系统的近似解.如果系统响应是混沌的,通过小波变换,始终都得不到周期的信号,这一点明显区别于周期运动.也就是说通过小波变换这种方法,可以明显地区别出混沌和周期.     

船用起重机吊盘式机械防摇系统的设计与试验

由于风、浪、流、涌等多种海洋环境载荷的影响,船舶会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、升沉六自由度运动,船舶的这种基座扰动进而会导致吊重产生大幅度摇晃。针对该问题,提出一种吊盘式机械防摇方案,并搭建船用起重机吊盘式机械防摇系统实验台开展验证实验。通过多组对比实验验证了方案可行性,得到船用起重机吊盘式机械防摇系统对于不同绳长、不同基座运动条件下的吊重摆角时变曲线。实验表明：在无减摇控制时,主吊索的面外角最大值达到13.6°,面内角最大值达到15.5°；而有减摇控制时,主吊索的面外角最大值仅为1.2°,减摇效果达到90%以上,面内角最大值仅为5.9°面内角减摇也达到60%以上。