船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统。此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化。经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写。经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值。     

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.     

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。     

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。     

实船运动与包络的极短期预报分析

舰船运动及包络的实时预报可以为舰载机起降、船舶减摇、海上锚泊并靠物资补给、动力定位等提供辅助指导意见。本文利用某实船的升沉、纵摇与横摇数据,建立运动和包络的2阶自适应Volterra级数模型,通过RLS算法估计Volterra级数模型的核,统计了不同工况下的运动预报精度。分析结果表明,Volterra级数模型可以用来辨识船舶运动系统,纵摇与升沉预报精度较好,运动预报可以与包络预报相结合共同指导工程作业。     

初稳性高时变特性对横摇运动的影响分析

文章研究纵浪中船舶初稳性高的时变特性对横摇运动的影响.假设升沉和纵摇是准静力平衡,建立纵浪中船舶横摇参数激励运动方程,提出了稳性高波动项的计算方法.以一艘渔政船为例,考虑不同航速,计算非规则波中参数激励横摇运动.计算结果表明在纵浪上,当船遭遇到一系列高波,特征波长接近船长,且参数激励频率集中在2倍横摇固有频率时,船舶会发生参数激励横摇.     

较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究

采用物理模型试验方法,对横向较大周期波浪作用下一艘大型系泊(LNG)船舶运动响应特性进行了研究。结果表明:系泊船舶纵移、横移和回转运动存在着自振周期;横移运动为周期性运动,横移自振周期与船舶横摇固有周期比值在1.11～1.23间,且横移运动峰值随着波浪周期的增大而增大;不同装载状态下,升沉运动随波浪周期增大的变化规律一致,升沉运动量最大值大于波高;横向波浪作用下,系泊船舶纵摇运动受波浪周期变化影响很小;横摇运动为周期性运动,横摇自振周期与船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48间,横摇运动峰值随波浪周期增大而增大。     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动研究

考虑船舶横摇运动中恢复力矩及阻尼力矩的非线性,建立船舶在规则波浪中参数激励下的非线性横摇运动方程,并对规则纵浪中船舶参数激励横摇运动进行研究,探讨船舶发生参数激励横摇运动的条件及大幅横摇的动力学特征,分析船速、波高及波长等因素对参数激励横摇运动的影响。     

卡尔曼滤波技术在船舶横摇预测中的应用研究

船舶在海上的航行受到海洋气象和水文条件的影响,会产生垂荡、横摇和纵摇等多种形式的运动,这些复杂运动对舰船航行稳定性和船载精密设备的工作精度有不利影响。因此,对船舶的横摇、纵摇等运动进行短时预测具有重要意义。本文系统介绍卡尔曼滤波技术,并利用滤波技术和随机海浪数学模型,研究一种船舶横摇运动的预测方法。     

基于ADAMS并联机构摇摆台运动学和动力学仿真

介绍了一种用于船舶辅机设备陆地性能测试的三自由度并联机构摇摆台.主要模拟特定海况下横摇、纵摇和升沉运动,不但分析了该结构摇摆台的空间结构和空间运动姿态的位置解算,还应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了虚拟样机模型,给出了一种基于ADAMS的求解并联机构摇摆台运动学和动力学的方法,获得了有关运动学及动力学特性曲线,为船舶辅机摇摆台系统的设计、制造、创新和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数.     

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响.为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报.本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报.在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计.但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性.针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报.仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度.     

主动波浪补偿平台及其试验系统的设计与仿真

补给船在海里工作时受到风浪的影响会发生横摇、纵摇和升沉,这严重影响了工作的平稳性和有效性。为了对补给船的横摇、纵摇和升沉进行补偿,设计了一种基于微惯导传感器的新型主动波浪补偿装置,提出了一种简单准确的波浪补偿值的求解方法,并搭建了六自由度并联主动波浪补偿平台试验系统,最后通过实验仿真验证了该主动波浪补偿装置的实用性和有效性。     

国外核动力潜艇耐波性理论预报

采用STF理论和Frank源分布-紧密拟合法对国外核潜艇潜望状态进行了纵荡、垂荡、纵摇、横荡、横摇、艏摇和垂向加速度等波频运动耐波性理论预报.给出了不同航速、航向时的规则波运动响应和不同航速、航向、波高、波浪平均周期时的不规则波运动统计值.对典型艇型进行变化稳心高、纵向和横向惯性系数计算.最后对各艇进行了耐波性能比较.     

基于快速性和耐波性的倒V型船首改型设计

利用CFD数值模拟仿真计算,以减摇减阻为目的,在倒V形船艏的基础上进行船艏改型设计。利用商业软件FineMarine对原型和改型的静水阻力、波浪增阻、纵摇幅值、升沉幅值、波浪中的运动响应等进行数值计算,并对比计算结果,评价改型效果。计算结果表明,改型后静水阻力、规则波中的升沉和纵摇均有不同幅度的减小。     

Hydroelasticity of large container ships

The importance of hydroelastic analysis of large and flexible container ships of today is pointed out for structure design. A methodology for investigation of this challenging phenomenon is drawn up and a mathematical model is worked out. It includes the definition of ship geometry, mass parameters, structure stiffness, and combines ship hydrostatics, hydrodynamics, wave load, ship motion and vibrations. The modal superposition method is employed. Based on the presented theory, a computer program is developed and applied for hydroelastic analysis of a large container ship. The transfer functions for heave, pitch, roll, vertical and horizontal bending and torsion are presented. Rigid body and elastic responses are correlated.     

几种千吨级高性能船耐波性对比分析

为了对比分析千吨级单体圆舭船型、深V船型、穿浪双体船型、三体船的耐波性能,采用二维半理论方法计算各船型在迎浪规则波中的摇荡及首中尾部垂向加速度的频率响应函数,其中应用时域格林函数求解水动力系数,应用谱分析计算各船型在不规则波中的运动有义值.结果表明,几种千吨级高性能船在波浪中的纵向运动性能均比常规圆舭船型优,其中三体船纵向运动性能最佳.计算结果可为该吨级舰船平台选型提供技术支持.     

参数横摇下大型集装箱船外飘砰击的近似计算方法（英文）

Since the research of flare slamming prediction is seldom when parametric rolling happens, we present an efficient approximation method for flare slamming analysis of large container ships in parametric rolling conditions. We adopt a 6-DOF weakly nonlinear time domain model to predict the ship motions of parametric rolling conditions. Unlike previous flare slamming analysis, our proposed method takes roll motion into account to calculate the impact angle and relative vertical velocity between ship sections on the bow flare and wave surface. We use the Wagner model to analyze the slamming impact forces and the slamming occurrence probability. Through numerical simulations, we investigate the maximum flare slamming pressures of a container ship for different speeds and wave conditions. To further clarify the mechanism of flare slamming phenomena in parametric rolling conditions, we also conduct real-time simulations to determine the relationship between slamming pressure and 3-DOF motions, namely roll, pitch, and heave.     

波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究

基于MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,模拟研究在不同周期和入射角度的不规则波作用下系泊船舶运动的变化规律。结果表明,系泊船舶运动量随波浪入射角度和波浪周期的变化相互影响。在不同周期波浪作用下的系泊船横移、横摇和升沉运动量均随波浪入射角度的增大而增大,横摇运动的共振效果随着波浪入射角度远离90°方向逐渐减弱,升沉运动量在波浪入射角度靠近90°或0°方向时基本不变。当入射波浪周期较长时,纵移和回转运动量随着波浪入射角度的增大先增大后减小,一般在波浪60°入射时产生峰值。     

6级海况下波浪补偿装置平台的机构优化设计

为缩短波浪补偿装置平台的研发周期,以某型号风电安装船为研究对象,根据我国海洋部门提出的东海区域谱密度公式,运用Matlab软件分别模拟出6级海况下的波普密度曲线、波倾角变化曲线、该型号风力发电船的横摇、纵摇和升沉运动曲线.具体以风力发电船在6级海况下的横摇、纵摇和升沉运动范围约束平台机构的运动范围,采用遗传算法对平台机构进行优化,分别设定不同机构参数为目标函数进行局部优化,最终为平台结构的合理化设计提供数据支持.     

基于实船与模型试验的船舶操纵性相关性分析

操纵性相关性分析一直以来是受到国内外学者的关注,但是由于其复杂性,至今未能很好地解决.目前,模型试验的数据往往是直接预报到实船的操纵性能,这有可能导致很大的偏差,影响船舶的航行安全.本文针对育鲲轮,进行了实船试验与模型试验的相关性分析.首先进行了实船回转试验和z形试验,测试了该船的操纵性.通过试验数据分析获得了纵距、横距、战术直径、回转直径、超越角等操纵性特征参数,试验过程中也进行了船舶姿态,如纵、横摇以及主机功率的测试.通过实船回转试验发现,主机功率比直航时增大了大约15%,这给船舶设计提供了参考.然后,采用6m长左右的模型也进行了相同试验的测试,电机转速与实船主机转速相似,且一直保持不变.最后,分析比较了模型所测数据与实船数据,发现特征参数误差基本都在10%以内.说明模型长度、螺旋桨的模拟等模型试验方案基本可行.