不同装载状态下约束模试验的船舶操纵性研究

通过敏感性分析方法确定了使船舶操纵运动敏感的干扰系数.文中采用模型试验方法测量了船舶在满载、半载和压载等6种装载状态下船舶的干扰系数值,并分析了吃水和纵倾对干扰系数的影响.之后,作者利用测量的干扰系数,以MMG数学模型模拟计算了船舶在6个装载状态的操纵性能,结果表明吃水和纵倾变化对操纵性的影响较大,不同装载状态船舶的操纵性能的研究将为船舶安全航行提供重要依据.     

内河船舶操纵数学模型中水流力的模拟及应用

内河水域通航水流条件复杂,尤其是在船闸引航道口门区,进出闸安全一直是人们关注的最重要的问题。文章建立的模型考虑了船舶在船长方向上不同的水流流速,提升了船舶操纵模拟的精度,并将其应用到了旗杆咀船闸改造工程中,利用数值模拟与仿真模拟相结合的方式研究了船闸上、下游引航道的通航建筑物的平面布置方案,提出了改善通航条件的方法及平面布置需要注意的事项。     

船舶在风、流环境下的操纵性数字模型

系统地论述船舶操纵仿真数学模型及计算机模拟,并以MMG操纵运动数学模型及相关的系列实验结果为基础,建立单(双)桨方形舵(流线型舵、单板舵)运输船舶的基本模型,以及在水动力、螺旋桨推力、舵力及其力矩、静水、风、流中的操纵运动模型,导出该模型的无因次化方程组,选择欧拉积分法,积分求解该方程组。利用VB程序模拟了船舶回转运动,其计算结果基本符合实际情况,最后对结果进行了分析。     

船舶操纵性能预报浅水修正模型的对比研究

利用深水区平面MMG船舶操纵运动数学模型,通过两个基于船舶主尺度的回归公式浅水修正模型分别得到浅水区的366TEU集装箱船操纵运动结果,并对这两个浅水修正模型得到的结果做了比较,为进一步研究船舶在浅水中的操纵性预报提供了参考。     

模糊关联挖掘算法在船舶操纵运动模型中的应用

首先将获取到的连续数据运用模糊C均值聚类算法离散化;然后将离散化的数据进行模糊关联挖掘;最后利用船舶中Z型实验时间序列验证船舶操纵模型的可靠性。实验结果表明,在存在环境干扰的情况下,预测航向偏差曲线更平滑,更能反映船舶操纵运动情况。     

船舶操纵运动CFD数值模拟研究进展

  目的  为了更加真实地预报船舶操纵性能,有必要进行实船操纵运动直接模拟。  方法  首先,基于重叠网格技术进行实船拖航、配套螺旋桨敞水和实船自航计算,并将计算结果与试验结果进行对比;然后,在此基础上开展实尺度船舶的10/10标准Z形操纵运动模拟,分析船舶操纵运动过程中的船舶运动、水动力、流场及涡结构变化。  结果  自航结果表明,所提数值方法可靠;受螺旋桨尺度效应的影响,扭矩系数会有所减小;在操舵过程中,船舶运动姿态较为剧烈;受到船−舵系统干扰,桨后涡结构较为复杂,且随着漂角的变化会产生一定角度的偏移。  结论  采用所提数值方法进行实船操纵运动模拟,可以准确获得船舶运动、水动力特性及流场信息,能作为一种有效的前期评估手段,从而为船舶设计提供参考。     

水动力数值试验在船舶操控运动中的研究

船舶在水面航行时,为了强化控制系统的稳定性,需要对水动力与船体的作用方式进行研究,从而设计出能够适应不同环境的船舶操控系统。本文首先建立海洋水动力的数学模型,同时对船体的操控方式进行研究,建立先进的有限元分析模型,能够从不同的维度对船体的运动状态进行分析,通过对不同状态下的船体操控方式进行仿真,得到相关的船体运动响应曲线。     

模糊控制理论在船舶操纵中的应用

为使船舶行进水动力与预设动力数值曲线较好贴合,针对模糊控制理论在船舶操纵中的应用情况展开研究。按照模糊滤波监测器的运行原理,建立完整的船舶航向控制表达式,再根据浆力操纵量指标、舵力操纵量指标的数值计算结果,构建标准的船舶操纵运动模型,完成对模糊控制理论在船舶操纵中应用情况的研究。实验结果表明,模糊控制理论能够促使船舶行进水动力数值与预设动力数值曲线更好贴合,与变论域模糊控制技术相比,更符合稳定操纵船舶的实际应用需求。     

水面目标机动类型识别研究

舰艇机动是达成目标战术意图的重要手段,因此识别目标的战术机动类型是判断其作战意图的有效方法之一。在确定目标各种机动类型数值特征的基础上,给出了水面目标机动类型识别的算法。     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

弯曲航道船舶操纵运动数值模拟

弯曲航道是内河航道中较常见的形式之一,由于弯曲航道水流条件复杂,导致船舶操作难度较大,为了改善通航条件,需要对弯曲航道进行整治。结合弯道三维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,应用于湖南益阳至芦林潭航道整治工程的通航论证中,通过模拟计算结果来评价弯曲航道的通航条件,为弯道整治工程提供科学依据和科学指导。     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

高速舰船的运动模型适用性分析及海浪中的操纵仿真试验

船舶运动模型的建立对于船舶运动控制算法的研究以及自动舵的研制和陆基条件下的检测都具有重要意义。对于静水条件下中低速船的航迹航向控制,三自由度模型较为简单适用,然而高速舰船的操纵特性与中低速船不同,在回转过程中会产生较大的横倾角,横摇运动与首摇运动的耦合作用较明显。本文通过Matlab对DTMB5415驱逐舰进行四自由度的运动建模及操纵仿真实验,根据仿真试验与水池试验数据的对比,验证了四自由度模型的适用性,并进一步应用该模型分析了海浪干扰对高速舰船运动的影响。     

Modeling of ship maneuvering motion using neural networks

In this paper, Neural Networks (NNs) are used in the modeling of ship maneuvering motion. A nonlinear response model and a linear hydrodynamic model of ship maneuvering motion are also investigated. The maneuverability indices and linear non-dimensional hydrodynamic derivatives in the models are identified by using two-layer feed forward NNs. The stability of parametric estimation is confirmed. Then, the ship maneuvering motion is predicted based on the obtained models. A comparison between the predicted results and the model test results demonstrates the validity of the proposed modeling method.     

模糊推理在船舶操纵运动时间序列预报中的应用

船舶体积、动力不断增加,动力系统的操控性能是检验船舶好坏的重要标志之一。提高操控性能首先需要对水动力过程进行建模,对运动的历史数据进行采集并分析,以此对操控运动的时间序列进行预测。基于模糊推理预测模型与数据挖掘结合,可以使预测系统与采集数据的分布相适应。本文研究船舶在水运动模型中的Z形运动数据,在此基础上利用模糊推理对船舶动力系统进行建模,最后通过仿真表明其时间预测结果对实际地操控有较强的指导性。     

环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究

为研究外界干扰因素对船身运动的影响,本文假设船舶航行环境中是小幅度波浪,船身摆动不是剧烈晃动。水流载荷采用切片理论进行计算,船身为一细长结构。以此为基础,建立基于船身局部坐标系的船体运动微分方程,并将其投射至全局坐标系。基于Matlab的Simulink工具对船舶运动微分方程进行计算,结果与现有文献结果较为一致,本文建立模型能够较好地反映外界干扰对船体运动的影响规律。     

KVLCC2船-舵系统斜航水动力数值计算

  目的  为了研究船舶在斜航条件下的粘性绕流场,为研究船舶操纵性提供相关依据,  方法  采用商用软件STRA-CCM+,选取SST k-ω湍流模型,对KVLCC2模型在不同漂角条件下的水动力性能、船体流场进行预报。观察船模在不同漂角下的压力分布情况,并对船底涡系脱落及船体表面约束流线进行观测。  结果  结果表明,数值模拟在预报船舶横向力和转艏力矩以及船身表面的压力分布时满足工程应用的要求。  结论  所得结论对研究船舶斜航条件下的流动分离现象具有一定的参考价值。     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.