基于LQR限宽水域中KVLCC2操纵运动控制研究

在航道宽度受限制的水域中,船舶会受到岸壁效应的影响,横向力与首摇力矩将发生变化,这会对船舶的航行安全产生不利的影响。鉴于此问题,本文应用现代控制理论最优控制LQR方法,对在限制水域中航行的超大型油轮KVLCC2的操纵运动进行控制研究。为便于LQR控制器的设计,采用线性状态空间形式的操纵运动方程,基于数值模拟获取的相应线性水动力系数,计算出使目标函数值最小的增益矩阵K,从而得到满足最优控制规律的时域舵角变化,实现对不同宽度水域中船舶运动的最优控制,并与极点配置控制法作比较,验证LQR控制器的优越性。结果表明,当船岸距离d/L≥1.2时,船舶基本不受岸壁效应的影响,控制幅度极小;当岸壁距离d/L=0.25时,摆舵角度将超过6°,同时船舶前进速度也将下降,下降幅度将超过前进速度的10%,岸壁效应明显。     

基于LQR限宽水域中KVLCC2操纵运动控制研究

在航道宽度受限制的水域中,船舶会受到岸壁效应的影响,横向力与首摇力矩将发生变化,这会对船舶的航行安全产生不利的影响.鉴于此问题,本文应用现代控制理论最优控制LQR方法,对在限制水域中航行的超大型油轮KVLCC2的操纵运动进行控制研究.为便于LQR控制器的设计,采用线性状态空间形式的操纵运动方程,基于数值模拟获取的相应线性水动力系数,计算出使目标函数值最小的增益矩阵K,从而得到满足最优控制规律的时域舵角变化,实现对不同宽度水域中船舶运动的最优控制,并与极点配置控制法作比较,验证LQR控制器的优越性.结果表明,当船岸距离d/L≥1.2时,船舶基本不受岸壁效应的影响,控制幅度极小;当岸壁距离d/L=0.25时,摆舵角度将超过6°,同时船舶前进速度也将下降,下降幅度将超过前进速度的10%,岸壁效应明显.     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

基于支持向量回归机和粒子群算法的船舶操纵运动模型辨识

基于仿真的Z形试验数据,应用支持向量回归机对船舶操纵运动响应模型进行了机理建模,从核函数结构中得到了模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行了Z形试验的运动预报,同时引入粒子群算法对惩罚因子C值进行寻优,以减少惩罚因子C值选择的任意性对船舶操纵运动模型辨识精度产生的不利影响。通过将运动预报结果同仿真试验数据进行比较,验证了文中方法的有效性。     

基于 INSGA-II 的等效水深截断系泊系统优化设计

深海平台混合模型试验的首要任务是等效水深截断系统的优化设计,其目的是以截断水深系统替代全水深系统进行试验。等效水深截断系统相比全水深系统其工作水深和跨度较小,但其它特性两者应保持一致。文章以工作在304 m 水深的10万吨内转塔式系泊 FPSO 为例,截断水深为76 m,采用改进的非支配排序遗传算法（INSGA-II）对等效水深阶段系统进行了优化计算,同时考虑了总系泊系统水平和垂直两个方向以及具有代表性的单根系缆的静力特性。此实验数值结果表明,所采用的数学模型、优化方法是行之有效的。     

基于INSGA-Ⅱ的等效水深截断系统优化设计(英文)

At present,equivalent water depth truncated mooring system optimization design is regarded as the priority of hybrid model testing for deep sea platforms,and will replace the full depth system test in the future.Compared with the full depth system,the working depth and span are smaller in the truncated one,and the other characteristics maintain more consistency as well.In this paper,an inner turret moored floating production storage & offloading system(FPSO) which works at a water depth of 320m,was selected to be a research example while the truncated water depth was 80m.Furthermore,an improved non-dominated sorting genetic algorithm(INSGA-II) was selected to optimally calculate the equivalent water depth truncated system,considering the stress condition of the total mooring system in both the horizontal and vertical directions,as well as the static characteristic similarity of the representative single mooring line.The results of numerical calculations indicate that the mathematical model is feasible,and the optimization method is fast and effective.     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

深海潜标布放运动与定深控制策略研究

深海潜标是一种海洋环境监测平台,具有多元化的海洋科学研究能力。本文针对一种可实现自动分离、锚泊的一体化潜标,开展布放运动与定深控制研究。建立潜标水中整体和分离运动的模型,其中考虑了刹车的过渡过程;提出 bang-bang控制定深策略。仿真结果表明,潜标分离后可以自动布放至海底锚泊,同时将上段平台定深至某一深度。     

深海潜标布放运动与定深控制策略研究

深海潜标是一种海洋环境监测平台,具有多元化的海洋科学研究能力。本文针对一种可实现自动分离、锚泊的一体化潜标,开展布放运动与定深控制研究。建立潜标水中整体和分离运动的模型,其中考虑了刹车的过渡过程;提出bang-bang控制定深策略。仿真结果表明,潜标分离后可以自动布放至海底锚泊,同时将上段平台定深至某一深度。     

神华黄骅港内航道及港池适航水深应用可行性研究

为了缓解神华黄骅港的疏浚压力、降低维护疏浚费用,开展神华黄骅港内航道及港池适航水深应用可行性研究。通过对内航道及港池内沉积物的密度、颗分、水力特性以及流变特性进行试验,论证应用适航水深的可行性,提出神华黄骅港内航道及港池的适航淤泥密度值,并通过对现场适航资源分布情况的调查,分析应用适航水深的重点区域和前景,为指导黄骅港区适航水深资源利用提供参考。     

通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

文章在均质平衡多相流模型的基础上耦合输运方程型空化模型,通过求解混合介质的RANS方程、RNGk-ε湍流输运方程以及各相的质量输运方程,采用通用CFD软件-FLUENT数值模拟了水洞中带圆盘空化器航行体模型的定常通气空泡流动,研究了圆形截面闭式空泡水洞中洞壁效应对通气空化数和压力场的影响.得到的阻塞空化数线性正比于圆盘水洞直径比,且与三维圆盘自然空泡流的势流近似解基本一致,分析了洞壁效应作用下空化流场内的压力分布特点,并根据计算结果拟合了一定适用条件下通气空泡长度、最大直径和模型阻力系数的近似公式.     

通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

文章在均质平衡多相流模型的基础上耦合输运方程型空化模型,通过求解混合介质的RANS方程、RNG k-ε湍流输运方程以及各相的质量输运方程,采用通用CFD软件—FLUENT数值模拟了水洞中带圆盘空化器航行体模型的定常通气空泡流动,研究了圆形截面闭式空泡水洞中洞壁效应对通气空化数和压力场的影响。得到的阻塞空化数线性正比于圆盘水洞直径比,且与三维圆盘自然空泡流的势流近似解基本一致,分析了洞壁效应作用下空化流场内的压力分布特点,并根据计算结果拟合了一定适用条件下通气空泡长度、最大直径和模型阻力系数的近似公式。     

潜艇定深旋回控制仿真与分析

定深等速直航潜艇操方向舵后将逐渐进入并保持圆周运动,要实现潜艇定深旋回,可同时操纵尾升降舵、首升降舵或者首尾升降舵配合操舵。通过仿真分析各种操纵方案的优劣,得到实现定深旋回的最佳控制方式。     

水深对潮流能电站载体水动力系数的影响

利用三维线性势流理论和源汇分布法研究潮流能电站载体的辐射问题,对不同水深下载体的附加质量和附加阻尼进行数值计算。计算结果表明,3个水平面运动(横荡、纵荡和首摇)附加质量随水深增大变化较为平缓,而3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量随水深变化显著。载体的6个运动附加阻尼都随水深增加而增加,且波浪周期在4~9 s时增幅较大。     

夯锤在水中运动特性的试验研究

水下抛石基床在海岸工程中应用广泛,重锤夯实法为抛石基床的主要密实方法之一。针对水下强夯过程中,夯锤受到水阻力影响,无法准确测定夯击能的问题,进行圆台型夯锤在水中运动特性的试验研究,采用理论计算、模型试验及数值模拟相结合的方法,通过对比分析,得到确定夯锤水阻力系数的数值计算方法,为确定不同形状的夯锤有效夯击能提供依据。     

水深对某典型FPSO及其系泊系统影响研究

以某典型转塔式FPSO为研究对象,利用大型海洋工程水动力及时域耦合分析软件AQWA对FPSO及其系泊系统进行相关计算比较分析;首先通过ANSYS建模并且划分网格,然后通过AQWA-LINE,应用势流理论进行水动力分析,并分别选择914.4m、1800m、3000m作业水深,进行相应的静力计算、运动响应对比分析以及锚链张力的对比计算,得出FPSO的静力、运动响应以及锚链张力随水深变化的规律。     

广州港南沙港区港池适航水深综合论证研究

文章采用现场实测底质以及浮泥密度和高低频水深测量资料对比分析、港池回淤泥沙流变试验和船模阻力试验等方法,对广州港南沙港区一期、二期港池的泥沙特征、港区浮泥分布及适航水深重度值进行了论证研究,为指导南沙港区适航水深资源利用提供了具有实际工程应用价值的资料依据。     

有限水深中破损船舶的运动与波浪载荷研究

由于有限水深中船舶搁浅和触礁等严重破损事故频发,为了减少事故的发生,对有限水深中船舶破损后的运动及波浪载荷的研究显得十分必要。文章基于三维势流理论,引入有限水深自由面Green函数,在频域内使用奇点分布法对一艘首部破损进水的散货船在有限水深中的运动与波浪载荷展开了计算,并根据劳氏船级社规范做了短期预报。短期预报结果表明,该散货船破损进水后,船体所受垂向和水平波浪弯矩均比破损前有明显增加,且在较浅水深中变化更为显著。