U型水舱在船舶中的垂向布置问题

基于“船舶－被动式U型减摇水舱”系统运动微分方程，分析了U型减摇水舱在船舶中的垂向位置对船舶横摇质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶与水舱的耦合惯性矩等系统方程参数及对船舶横摇运动和舱内液体运动的影响。结果表明，水舱垂向位置高船舶横摇中心越远，由舱内液体引起的船舶横摇质量惯性矩和横摇复原系数越大，船舶横摇固有频率则越小。而耦合惯性矩则随水舱布置高度的变化呈减小的趋势。对于各种不同类型的船舶，存在一个使舱内液体不发生振荡的奇异位置，这时水舱不产生任何的减摇效果，船舶的横摇运动与不安装水舱时相同。利用我校所研制的减摇水舱模型性能摇摆台进行了水舱模型不同垂向布置时的强迫振荡试验，试验结果与仿真结果具有很好的一致性。指出了除水舱固有频率和水舱阻尼外，水舱在船舶中的垂直方向位置也是影响水舱减摇性能和船舶减摇后的横摇运动的主要因素之一，在减摇水舱设计初期应当予以考虑。     

船舶减摇水舱试验台架横摇运动模拟

本文介绍了由微机控制的船舶减摇水舱试验台架，利用这套试验装置可以实时模拟在规则波和不规则波情况下装备有水舱的船舶的摇摆，这里着重介绍了对船舶影响最大的横摇的模拟，从而为研究减摇水舱对船舶的作用，评估其减摇效果，为研究和设计减摇水舱提供了可靠的依据。     

船舶运动亚谐共振动力学行为的研究

船舶运动时的阻尼和刚度非线性，导致船舶大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合，本文依据作者建立的船舶纵摇与横摇耦合的非线性方程，考虑强海浪激励情况以及纵摇和横摇的频率特征存在2：1的内共振关系，采用非线性动力学中的多尺度方法，求出了横摇和纵摇运动的摄动解，研究了亚谐共振发生的条件，给出了亚谐共振状态下船舶纵摇与横摇运动的动力学特征。研究表明，船舶亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小；船舶运动发生亚谐共振时，船舶出现大幅运动甚至倾覆。     

用横摇周期检验船舶稳性的实用研究

船舶横摇周期能形象地表示各种因素对船舶稳性影响的综合结果。实测不规则波中的船舶平均横摇周期并参照许用最大横摇周期和常用最大横摇周期，是检验船舶稳性的简便易行方法。本文对这种方法的原理和实际应用作了具体的分析研究。     

船舶搁浅于尖顶型礁石的外部动力学

船舶搁浅于沙滩上时，二维的地面特征使得只能允许考虑船舶的纵荡、垂荡和纵摇运动，忽略了船舶其它三个自由度的运动。然而，在船舶搁浅于尖顶型礁石的情况下，很明显，若礁石位置不在船舶的中心线上，则船舶所有六个自由度的运动都需要进行考虑。地面反作用力的垂直分量使船舶产生垂荡、横摇和纵摇，而水平分量则影响船舶的纵荡、横荡和首摇运动。     

随机斜浪中船舶参数——强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法。将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，波浪力为随机强迫激励项，建立船舶在随机斜浪航行情况的参—强激励横摇运动微分方程。参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响。分别取不同波高、航速、航向，计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应。计算结果表明，此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参—强激励横摇运动，据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。     

舵横摇稳定系统的仿真研究和实船试验

1 前言。对某些船舶，除了要对船舶的首摇运动进行控制之外，还需减小船舶的横摇运动。舵横摇稳定系统是一种很有吸引力的解决方案，在这种方案中，使用舵来控制船舶的首摇运动以及减小船舶的横摇运动。对舵横摇稳定系统的思路已进行过深入的讨论，许多研究者也发表了最新的实船试验结果。多变量自动回归舵横摇控制系统(MARCS)是在多变量自动回归模型并使该模型适合于实际数据最小AIC估算(MAICE)程序的基础上进行研究的。本文所讨论的舵横摇稳定系统也是在该理论基础上研发成功的。     

船舶超谐共振响应运动

由于船舶阻尼系数和恢复力矩的非线性，船舶大幅运动时横摇和纵摇耦合。各类船舶的纵摇固有频率接近横摇固有频率的两倍，存在基于动力学理论的2；1的内共振关系。本文考虑大幅波浪激励，建立了船舶横摇与纵摇耦合的非线性运动方程，针对纵摇和横摇频率存在2：1内共振关系以及波浪遭遇频率Ω等于1／4倍纵摇固有频率，采用多惊讶方法，求出了运动方程的摄动解，得到了横摇与纵摇超谐运动的时间历程响应，分析了产生超谐共振的条件。研究表明，在大幅波浪激励下，船舶将出现超谐共振响应，其运动特征是：横摇运动和纵摇运动均为两个不同频率谐波的迭加。横摇响应包括波浪遭遇频率谐波和横摇固有频率谐波；纵摇包括波浪遭遇频率谐波和纵摇固有频率谐波。两个谐波响应的迭加，使横摇和纵摇运动响应显著增加，并且横摇运动不再左右对称，针对算例进行了超谐运动响应计算，计算结果与本文的理论分析结论完全吻合。     

船舶在大风浪中横摇稳性变化的理论研究

对波浪中船舶横摇稳性的特点进行了介绍和分析，提出一种新的研究船舶发生大倾角横摇时的稳性力臂的方法，在运用逐步逼近法计算每个横剖面的左右侧浸深时，考虑了在横摇过程中由于船舶首尾不对称造成的纵倾对每个横剖面浸深的影响，以及横摇过程中所发生的纵倾运动对横摇稳性的影响。然后，根据波浪中重力与浮力平衡、纵倾力矩之和为零这两个条件来求取横摇稳性力臂值。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模研究

在波浪的影响下,常规的船舶横摇运动时,没有建立横摇运动的模型,降低了预测的精度,不能有效地减小船舶的横摇,存在船舶耐波性较差的问题。当前方法进行船舶横摇运动的建模时,不能减小船舶的横摇,降低了船舶的耐波性。提出一种基于时间序列预测的船舶横摇运动数学建模研究方法。该方法建立波浪扰动船舶横摇运动模型,依据随机的过程理论,求出空间上某固定点波浪倾角的数学模型,依据横摇运动模型得出横摇运动的数据。对船舶横摇运动进行时间序列预测克服了传统方法存在的弊端,运用时间序列的分析方法建立AR模型,应用于船舶横摇运动的时间序列的预测,减小船舶的横摇性,提高了船舶的耐波性,完成对波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模的研究。实验的结果表明,利用该方法能有效地减小船舶的横摇,提高船舶的耐波性。     

船用减摇陀螺仪性能仿真分析

船舶航行中的摇摆会影响船员的正常工作和生活,以及设备的正常使用及寿命。高速旋转陀螺运动能够产生减摇力矩,抑制船舶的横摇与纵摇,因此,为无人小艇设计了一种陀螺减摇装置,以减小船舶横摇。通过建立陀螺减摇仪数字化模型,结合建立的船舶横摇非线性数学模型,利用Adams进行仿真分析,验证减摇陀螺仪对无人小艇的减摇能力,并探究陀螺仪减摇能力和船舶吨位的大小的关系。仿真结果表明:陀螺减摇装置有很好的减横摇能力,并且与船舶排水量的大小成线性关系。     

减摇水舱技术的工作原理和应用

船舶横摇对船舶的安全和舒适性影响很大,通过不同的方式来减轻船舶横摇对船舶的影响是船舶设计者一直考虑的问题。被动可控式减摇水舱,因其减摇效果显著、清洁节能的优点正被广泛应用在各类船舶上。     

油田守护船减摇水舱设计

为提高油田守护船上船员生活的舒适性和安全性,提升船舶的作业效率,要求船舶具有较好的耐波性。以某油田守护船为例,通过为其设计矩形减摇水舱,减小船舶的横摇幅值,适当增大横摇周期,减少甲板上浪,提升船舶的耐波性。阐述矩形减摇水舱的力学模型和设计原理,并根据设计原理给出该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计方案;通过减摇水舱模型试验和船模水池试验,论证减摇水舱对提升船舶耐波性的真实有效性。通过在船舶试航过程中对减摇水舱系统数据进行收集,证明该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计是成功的。     

船舶运动惯导实测数据的非线性混沌特性的判定

利用基于关联维数的相位随机化的替代数据法，给出了对船舶运动惯导实测时间序列进行非线性判定和混沌判定的方法，计算结果表明船舶运动纵摇和横摇时间序列中含有非线性成份，指出船舶运动的建模和预报须用非线性时间序列的原因，研究了使用混沌时间序列S判据对船舶运动进行混沌判定的方法。     

一种采用模糊控制的舵减摇系统的仿真研究

本文将模糊控制理论应用于船舶操纵及横摇运动控制，建立了舵用于操纵及减横摇的数学模型，开发了舵减摇模糊控制计算机仿真系统。仿真结果表明，在定常风或海流作用下，利用舵来保持船舶的船向，位置及减小船舶横摇都是非常有效的。     

基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力

为探究某新型船舶的舵减摇潜力,将该船舶的实际船体参数引入到船舶运动模型中,通过建立的Matlab仿真平台进行模拟仿真,观察船舶在不考虑海浪等环境干扰情况下,不同摆舵幅度和操舵频率对船舶横摇角的影响。根据横摇角的变化特点设计实验方案,探究该新型船舶在舵速限制下能产生的最大横摇角,分析船舶具备的舵减摇潜力。根据实验可知,通过合理的操舵策略,该船舶能够产生较大的横摇角,具备较好的舵减摇潜力。     

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上,针对船舶的减横摇问题,兼顾船舶的静倾问题,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统.综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的.这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷.以高速滚装船为例,建立了"船舶-减摇鳍-被动式U型水舱"系统的运动方程并进行了计算机仿真.通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论:这种综合减摇系统具有良好的减摇能力;在各种航态下(包括零航速)都能达到减摇要求;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能.船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义.     

纵浪上船舶的动稳性研究

在纵浪上航行的船舶，当升沉（或纵摇）固有频率约为横摇固有频率的2倍时将发生参数激励主共振。本文考虑升沉对横摇的耦合作用，建立了非线性参数激励横摇运动方程。用多尺度方法对方程进行求解，用Floquet理论和分岔理论对定常解进行稳性分析，获得了参数激励主共振下的不稳定域和可以导致船舶倾覆的多数区域，为船舶的动稳性研究提供了一种新的方法。与数值结果的比较验证了本文的结论。     

船舶在纵浪中的运动稳性分析

基于非线性动力学理论，分析船舶在纵浪上的运动响应和运动的稳定性。首先建立描述船舶在纵浪上运动的垂荡—横摇耦合运动方程，利用多尺度法，求得垂荡—横摇耦合运动的亚谐共振解。其次，对船舶运动的稳态响应进行稳定性分析，得到亚谐共振情况下，船舶运动稳态响应的分布图，并揭示了船舶运动的某些非线性特征。