B型独立液货舱LNG船的温度场分布

本文以170000m3B型独立液货舱LNG船为研究对象,基于热力学方法,通过对液货舱传热模型合理简化和对流换热系数的数值迭代计算,针对该B型独立液货舱LNG船进行稳态温度场分析,依据温度场分布进行货舱区船体结构钢级选择,并进一步研究外界环境温度以及装载工况对整个货舱区船体温度场分布的影响,从而为B型独立液货舱以及类似LNG船液货舱结构设计提供指导。     

B型独立液货舱LNG船的温度场分布

以170 000m~3 B型独立液货舱LNG船为研究对象,基于热力学方法,通过液货舱传热模型的合理简化及流换热系数的数值迭代计算,针对该B型独立液货舱LNG船进行稳态温度场分析。依据温度场分布进行货舱区船体结构钢级选择,并进一步研究外界环境温度和装载工况对整个货舱区船体温度场分布的影响,从而为B型独立液货舱以及类似LNG船液货舱结构设计提供指导。     

货舱内装载水冷箱的通风数值模拟分析

采用数值模拟分析的方法,以装载水冷式冷藏集装箱船的典型货舱为研究对象,对两种货舱通风模式进行模拟分析,并进一步计算分析4种不同风管布置方案的温度和速度分布情况,根据研究结果得出最佳的货舱通风方案,为装载水冷式冷藏集装箱船的货舱通风设计提供参考。     

无人船集群队形重构的目标任务分配

[目的]针对无人船编队队形重构中的目标分配问题,提出一种队形重构目标分配方法。[方法]首先,在目标点固定的情况下,通过各无人船的当前位置,生成基于距离的收益函数。其次,以拍卖理论为基础,根据无人船队形重构中目标分配的快速性要求,针对传统拍卖算法在重构分配中可能存在的无可行解问题,提出基于最大迭代次数的拍卖终止机制,分散部分计算量,从而缩短分配时间。[结果]仿真结果表明,与匈牙利法相比,所提方法针对大规模无人船集群队形重构能够快速给出目标任务分配方案。[结论]所提方法能为无人船集群队形重构中目标分配问题以及无人船自主决策研究提供一定的参考。     

未知环境中无人驾驶船舶智能避碰决策方法

[目的]为了实现无人驾驶船舶在未知环境下的智能避障功能,[方法]首先,建立一种基于深度强化学习(DRL)技术的无人驾驶船舶智能避碰决策模型,分析无人驾驶船舶智能避碰决策面临的问题,提出智能避碰决策的设计准则。然后,在此基础上,建立基于Markov决策方法(MDP)的智能避碰决策模型,通过值函数求解决策模型中的最优策略,使无人驾驶船舶状态对行为映射中的回报最大,并专门设计由接近目标、偏离航线和安全性组成的激励函数。最后,分别在静态、动态障碍环境下进行仿真实验。[结果]结果表明,该智能决策方法可以有效避让障碍物,保障无人驾驶船舶在未知水域中的航行安全,[结论]所提方法可为无人驾驶船舶的自主航行提供理论参考。     

基于深度强化学习的智能船舶航迹跟踪控制

[目的]智能船舶的航迹跟踪控制问题往往面临着控制环境复杂、控制器稳定性不高以及大量的算法计算等问题。为实现对航迹跟踪的精准控制,提出一种引入深度强化学习技术的航向控制器。[方法]首先,结合视线(LOS)算法制导,以船舶的操纵特性和控制要求为基础,将航迹跟踪问题建模成马尔可夫决策过程,设计其状态空间、动作空间、奖励函数;然后,使用深度确定性策略梯度(DDPG)算法作为控制器的实现,采用离线学习方法对控制器进行训练;最后,将训练完成的控制器与BP-PID控制器进行对比研究,分析控制效果。[结果]仿真结果表明,设计的深度强化学习控制器可以从训练学习过程中快速收敛达到控制要求,训练后的网络与BP-PID控制器相比跟踪迅速,具有偏航误差小、舵角变化频率小等优点。[结论]研究成果可为智能船舶航迹跟踪控制提供参考。     

潜艇内部液舱对声目标强度的影响分析

[目的]研究潜艇内部液舱对声目标强度控制的影响。[方法]采用基于Kirchhoff高频近似的板块元方法,计算并分析处于潜艇耐压壳体内部不同位置的液舱对目标强度的影响规律,研究4种液舱结构改进方案的目标强度控制效果。[结果]结果表明:内部液舱主要在1～3 kHz频段对目标强度有影响,其中处于舷侧中心线附近的内部液舱对目标强度影响不大,而处于舷侧底部的内部液舱则有较大影响;位于中心线附近的液舱内壁倾斜有利于降低正横目标强度,而位于底部的液舱内壁倾斜虽可大幅降低3 kHz以上频段的目标强度,但对1～3 kHz低频段目标强度的降低效果仍无法抵消存在内部液舱带来的影响。[结论]在潜艇设计中,需对内部液舱采取相应措施,减小其对目标强度的影响。     

自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策

[目的]为实现船舶的高效避碰与安全航行,针对自主船舶与有人驾驶船舶混合航行环境下的交互避碰问题展开研究,提出一种多智能体交互的船舶动态博弈避碰决策方法。[方法]依据驾驶实践,理解并分析混行环境下的船舶避碰问题,基于《国际海上避碰规则》量化船舶会遇态势及碰撞危险,引入动态博弈理论,将存在碰撞危险的船舶个体建模为博弈中具有独立思想的参与者,并以船舶的航向改变量为博弈策略,在船舶安全性收益、社会性收益及经济性收益约束下求解船舶的最优行动序列,以及将船舶驾驶员风格的差异化引入仿真实验中以验证避碰决策的有效性。[结果]结果显示,所提方法能够在自主船舶与有人驾驶船舶混行场景下实现多船的安全会遇;各船在面对不同驾驶风格的目标船舶时均能类人地调整自身的行为策略,从而实现安全避让。[结论]所做研究可为自主船舶及有人驾驶船舶的避碰决策提供参考。     

37500m~3乙烷运输船液货舱的载荷传递

针对37 500m~3乙烷运输船超长C型独立液货舱的静态载荷如何传递到船体结构这一问题进行研究,设计不同的载荷分布方式和相应的装载工况,并通过有限元方法进行分析验证,得到以前后非对称柱状图分布来代替梯形分布的液货舱载荷近似计算方法,对今后采用C型独立液货舱的液化气船设计提供了重要参考。     

中小型LNG船C型舱的多目标优化设计方法

采用参数化方法建立C型液货舱的参数化模型,以液货舱重量和液货舱表面积为目标,以货舱总容积为定值作为约束条件,建立多目标优化模型,采用NSGA-Ⅱ算法对优化设计模型进行求解,得到C型舱主尺度的优化解,某12 000 m~3运输加注船的单体型液货舱设计表明该方法可行,设计效率高。     

船舶运动与液舱晃荡耦合频域计算方法

[目的]随着载液船舶(LNG,FPSO,FLNG等)的大型化以及对作业效率和作业安全性要求的不断提高,液舱晃荡以及由其引起的船舶运动问题愈发严重。为有效解决该问题,[方法]首先,基于三维势流理论和波浪辐射绕射理论,采用高阶边界元法开发波浪与三维结构物作用的计算程序,选取某艘FPSO船型,将本程序的计算结果与采用水动力计算软件AQWA,HYDROSTAR所得结果进行对比,验证程序的准确性;然后,将液舱晃荡水动力系数的频域求解方法与船舶运动的频域求解方法相结合,建立考虑液舱晃荡影响的船舶频域运动方程,获得耦合液舱晃荡后的船舶运动响应;最后,以一艘加载了2个液舱的FPSO船型为例,论证该计算方法的准确性。[结果]通过对比液舱不同装载下的船舶运动响应,发现存在着船舶的横摇共振频率出现偏移、耦合横摇运动幅值存在多个峰值,以及液舱装载不同对船舶运动的影响也不同等现象。[结论]所做研究可为载液船舶运动响应设计提供参考。     

LNG船C型独立液货舱支座层压木的设计

层压木是C型独立液货舱围护系统的重要组成部分,其不仅承受较复杂载荷作用,当装载-163℃的LNG时,还为主船体钢结构提供绝热保护。因此,层压木的设计直接关系到整个液货舱围护系统及船体的安全性和可靠性。结合IGC规则要求,探讨了LNG船C型独立液货舱支座层压木的布置设计和尺寸设计,并通过有限元方法进行了验证及研究。     

LNG海工装备薄膜型液货舱晃荡周期与晃荡载荷研究

针对液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)海工装备的薄膜型液货舱晃荡问题,按照挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)的规范,以4#液货舱为研究对象进行规范计算,由此得到各装载深度下的船体自身固有周期、舱内液体运动固有周期和液货舱晃荡载荷。比较船体自身固有周期与舱内液体运动固有周期,检验其是否符合规范要求;比较规范计算和模型试验所得液货舱晃荡载荷,检验模型试验是否可靠。经过这些比较发现:在某些装载深度下,船体自身固有周期与舱内液体运动固有周期比较接近,有引起液货舱内液体共振和砰击的风险;模型试验所得结果与砰击压力规范值较接近,是比较可靠的;考虑到共振和砰击的风险,后续的校核工作应重点关注砰击压力,并对液货舱结构作相应的加强。为今后改进建造LNG海工装备,建议针对液货舱内液体的共振和砰击进行更多、更细致的模型试验。     

建筑泥浆对运输船舶稳性的影响

为确保运输建筑泥浆船舶的安全,通过分析建筑泥浆的特性和运输船舶货舱特点,以代表性船舶为例,计算装载不同密度建筑泥浆的代表船舶在满载时自由液面对船舶稳性的影响和货物倾侧力矩对稳性的影响。结果表明:货物密度、货舱开口和舱口围、货舱水密纵舱壁等因素是影响船舶稳性的关键因素。建议:船舶稳性计算应反映出装载不同密度货物时船舶的稳性;提高船员责任意识和业务能力,强化船舶管理,必要时安装货物液面非均衡监控装置和报警装置;排水量过小的船舶不宜设置水密纵舱壁。     

基于智能预测控制的鱼雷状小型无人艇轨迹跟踪研究

[目的]针对无人艇（USV）在狭窄湖泊、涵洞作业时存在精度保持难和航迹控制难的问题,以自主研制的一款鱼雷状小型USV为对象,提出一种轨迹跟踪智能预测控制方法。[方法]首先,构建自主研制的欠驱动USV非线性状态空间模型;然后,设计智能预测控制器,该控制器基于模型预测控制的设计思想并结合改进的粒子群算法,在线决策、优化每一时刻的性能指标并纠正预测状态;最后,开展仿真和湖试试验测试系统对参考轨迹的跟踪性能,并与线性模型预测控制器的跟踪性能进行比较。[结果]结果表明,所设计的智能预测控制器超调小、抗干扰性好。[结论]所提方法不仅能运用于鱼雷状小型USV跟踪系统,也能对其他USV跟踪系统起到很好的借鉴作用。     

轮印载荷下多跨梁装载方案聚类分级方法

[目的]快速、准确地对大量装载方案进行分级,获得对结构设计要求相近或决定结构设计的装载方案,对装载甲板多跨梁结构设计具有重要意义。[方法]提出一种轮印载荷下多跨梁装载方案分级方法。对于给定的多跨梁结构与装载对象,首先整理出可能的装载方案,通过轮印载荷下多跨梁最危险工况分析方法,求解每种装载方案下多跨梁的最大弯矩、最大剪力和最大挠度;然后将这些计算结果作为装载方案的样本特征,通过XB指数与模糊C均值(FCM)算法,将装载方案进行分级。分析三跨梁和四跨梁跨距比、惯性矩比对分级结果的影响。[结果]计算结果表明,不同结构方案多跨梁分级结果并不完全一致,但等跨等刚度多跨梁分级结果用于不等跨距或变惯性矩多跨梁的结构响应计算,与实际最危险工况结果间的误差小于2%。[结论]分析的多轮印载荷下多跨梁装载方案之间的关系可为多轮印载荷下装载甲板结构设计提供参考。     

化学品船液货舱泄爆参数分析及优化评估

化学品船液货舱爆炸发生化学品货物泄漏的事故极度危害船员生命及海洋环境,因此研究掌握化学品船液货舱爆炸,掌握冲击波传播规律具有现实意义。参照化学品船液货舱爆炸事故,使用仿真方法对液货舱爆炸时冲击波载荷通过泄爆口泄爆的传播规律进行研究,并分析了泄爆口不同参数对泄爆规律的影响,通过实船模型的泄爆计算,评估泄爆效率,并形成了基于基准数法的实船泄爆能力优化方案,可为化学品船泄爆设计提供参考。     

多功能化学品船液货舱的最佳配置

本文题目即是“八五”国家重点科技（攻关）项目的一个命题，所反映的是该课题的研究成果。该课题以４００００ｔ级多功能化学品船为对象，研究并探讨其液货舱的最佳配置方案，包括确定所用钢材品种类，按化学品特确定液货舱的最佳配置方案。该项研究取得了可喜的成果。     

B型独立液货舱LNG船支撑座疲劳强度分析

以沪东中华自主研发设计的大型B型独立液货舱LNG船为研究对象,根据其船型特点进行有限元疲劳分析,提出用应力集中系数的方法,计算液货舱支撑座的疲劳热点应力幅值,完成该船液货舱支撑座结构的疲劳强度分析。基于DNVGL船级社规范指南,采用PATRAN软件进行直接计算,得到疲劳热点在各单位载荷作用下的应力集中系数,结合粗网格读取的载荷值,根据规范假定的载荷谱以及S-N曲线,得到疲劳热点处的累计损伤值,并研究了层压木刚度对支撑座载荷的影响。本论文采用的应力集中系数方法可为其他复杂载荷作用下的结构应力分析提供参考。     

基于混合深度学习的燃气轮机动态过程关键参数在线辨识北大核心CSCD

[目的]为克服燃气轮机非线性时变特性对动态控制及性能监测的影响,通过长短期记忆神经网络(LSTM)的时序记忆、非线性关系表达与高斯过程回归(GPR)的区间概率估计能力三者的结合,提出一种基于LSTM-GPR混合深度学习模型的关键动态参数在线辨识算法。[方法]首先,建立燃气轮机的动态机理模型,以燃料热值、压气机效率及负载电力矩为待辨识参数,生成大量训练数据;然后,构建LSTM-GPR参数辨识网络模型,并输入训练数据进行网络训练和权重系数学习;最后,使用训练好的LSTM-GPR混合模型对燃气轮机动态运行参数进行在线辨识,经分析辨识结果来验证所提算法的有效性。[结果]仿真结果表明,所提算法辨识结果准确,误差小于1%,实时性好,相比于LSTM单一模型能获得更好的均值估计效果,并给出可靠的结果置信区间。[结论]所提算法能有效应用于燃气轮机模型的关键动态参数在线辨识,为进一步应用于实际机组奠定了基础。