船舶操纵模拟器中的系缆张力模型

建立了可适用于六个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。缆绳的伸长满足虎克定律，利用悬链线方程和虎克定律推导出的缆绳无应力长度的计算公式，根据计算出的缆绳无应力长度和缆绳的实际长度的对应关系，用试算法计算系缆张力；否则，忽略缆绳的自重，通过由缆绳的伸长率曲线图拟合的多项式来计算系缆张力，并分别计算了缆绳的水平张力和竖直张力。进行了缆绳破断强度的计算，并对缆绳是否超出安全负荷以及是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。     

航海模拟器中船舶平旋推进器的数学模型

建立一种用于航海模拟器的平旋推进器(Voith Schneider Propeller,VSP)的数学模型。通过操作硬件设备获得VSP桨的等效螺距比以及VSP桨产生的总推力在船体纵向、横向分力的百分数;利用已公开的VSP桨第一象限图谱计算总推力的大小;将分力的百分数乘以总推力即可得到在纵向、横向、首摇上的分力(矩)。将上述得到的VSP桨推力(矩)作为外力叠加到船舶运动方程中,采用四阶龙格——库塔积分得到VSP船舶运动的态势,提供给航海模拟系统的其他模块。实现了航海模拟系统的人——机交互功能,增加系统中船模数据库的多样性。     

规则波中船舶运动六自由度数学模型

为了提高船舶操纵模拟器的精度,应用船舶操纵性分离建模理论,基于傅汝德-克雷诺夫假设,将船舶近似为箱型船,估算波浪对船舶六自由度运动的干扰力与力矩,并将波浪的干扰力与力矩作为外力与力矩的一部分,叠加到分离型船舶运动数学模型中,建立了船舶在规则波作用下六自由度船舶运动的数学模型,给出5级海况下船舶全速旋回运动响应的时间历程仿真曲线.仿真结果显示:仿真结果与相关文献结果相近,运动趋势一致,能够满足大型船舶操纵模拟器对船舶运动数学模型仿真的精度要求,同时船舶运动数学模型由3自由度增至6自由度,提高了模拟的逼真度.     

基于蒙特卡洛法的实船功率性能试验不确定度分析

针对实船功率性能测量与分析涉及因素多,难以通过传统GUM法对修正得到的理想状态功率与航速结果进行不确定度评价的问题,提出基于蒙特卡洛法的实船功率性能不确定度分析方法,分析实船功率性能试验中的主要不确定度源,依据ISO15016数据处理方法建立测量模型,以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为对象分析实船功率性能试验与不确定度,获得了功率和航速测量的不确定度水平与主要影响量,验证了不确定度分析方法的适用性。     

航海模拟器在港口工程设计中应用

此文简要介绍了航海操纵模拟器产品及功能,以及在工程设计和科研中的应用.主要针对船舶航行安全问题,利用航海操纵模拟器,虚拟仿真出船舶航行的外部环境,以及船舶模型本身的操纵特性,进行船舶航行安全的模拟,并对模拟结果、航行环境、船舶操纵性能等影响航行安全的因素进行记录、分析和评价.结论表明,利用航海模拟器进行航行安全评价模拟是安全、可行、合理的,减少了工程中的风险,节约了资金.     

航海模拟器中适应式鲁棒航迹保持算法

为了更方便地使用航海模拟器进行培训,减少大船、小船自动操纵中的算法切换或参数调整.采用将船舶操纵性指数计算代入控制器设计中的方法,基于闭环增益成形算法,给出一种通用的适应式鲁棒航迹保持算法.通过对11条船的测试,控制效果令人满意.该算法实施过程简单、物理意义明显且具有一定的鲁棒性.     

船舶操纵模拟器在船舶通航安全评估中的应用

船舶日趋大型化，导致原有航道和港口不能满足大型船舶的安全通航或靠泊要求。针对转向频繁、转角大、掉头区域不足、水深较浅的高难度航道，在船舶操纵模拟器上实施大型船舶通航安全的模拟试验，并对结果进行评估，进而对狭航道的设计或改造工程进行验证，并提出通航安全方面的合理化建议。     

散货船配载仪中CSR剪力修正计算

各船级社规定散货船配载仪要具有CSR剪力修正功能。国际船级社协会最新发布的《散货船油船协调版共同结构规范》于2015年7月1日生效,其中CSR剪力修正计算方法有所改变,为满足新规范的要求,采用"斜率修正法"计算舱室前后舱壁处的CSR剪力修正,根据货舱的装货高度及货物密度判断相邻2个舱室是否为"非均匀装载"载况,包括完整工况和单舱破损工况。采用"剪力修正分布系数二次修正法"确定舱室前后舱壁处剪力修正分布系数,舱室其他位置采用线性插值法计算剪力修正分布系数。以56 000 DWT散货船"太行128"及64 000 DWT"SPRING COSMOS"为例,开发配载仪程序,计算"重压载出港工况"及"1、3、5舱室隔舱装载工况"的CSR剪力修正值,和船舶设计软件NAPA计算值相比,相对误差在0.2%以下,证明所述方法的正确性,具有一定的工程实用价值。     

基于VDM与APSO优化极限学习机的船舶运动姿态预报

为提高船舶在海上运动的耐波性与适航性,并为解决具有非线性、随机性和非平稳性特点的船舶运动姿态难以准确预测的问题,提出运用一种基于变分模态分解和自适应粒子群算法优化极限学习机的组合预测模型。该算法首先利用变分模态分解将船舶运动姿态序列分解为一系列限带内本征模态函数,并且变分模态分解可以避免经验模态分解技术所产生的模态混叠和端点效应,可以降低序列的非平稳性对预测精度的影响;然后对各模态分量分别建立极限学习机预测模型,并用改进的粒子群算法对极限学习机的初始权值和阈值进行优化;最后将各模态分量预测结果进行叠加,得到最终的船舶运动姿态预测值。通过模拟试验测试并与其他传统的预测方法进行比较,结果表明所建立的组合预测模型具有更高的预测精度。     

基于STL模型的船舶吃水转换功能实现

提出一种基于船舶外壳STL模型及S-H多边形剪裁算法的船舶吃水转化方法。根据船舶设计部门提供的船舶STL模型,用船舶六面水尺所在的平面切割STL模型,得到各个水尺的封闭多边形。根据船舶当前的载况计算出船舶的首尾吃水及横倾角,确定倾斜水线面的方程。基于S-H多边形剪裁算法,将各个水尺的封闭多边形和水线面求交即可计算出六面吃水。以6.4万吨散货船“Spring Cosmos”和25万吨矿砂船“Shandong Ren He”为例进行实例计算,和船舶设计软件NAPA计算值相比,绝对误差都在1 cm左右,证明上述方法的正确性。实验表明：算法计算精度较高,通用性好,适用于船舶任意载况,具有一定的工程实用价值。