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.     

基于遗传算法的模糊控制型船舶自动驾驶仪研究

该文分析了常规船舶自动驾驶仪存在的缺陷,针对船舶操作这种非线性、时变参数的控制对象,提出了一种基于遗传算法的模糊控制型和Bang—Bang控制相结合的控制系统,提高了模糊控制系统的精度;最后,通过仿真将模糊型船舶自动驾驶仪与基于遗传算法的模糊控制型船舶自动驾驶仪的性能作了比较,结果表明该文所提出的方法控制性能良好。     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。     

Linear seakeeping and added resistance analysis by means of body-fixed coordinate system

This paper presents an alternative formulation of the boundary value problem for linear seakeeping and added resistance analysis based on a body-fixed coordinate system. The formulation does not involve higher-order derivatives of the steady velocity potential on the right-hand side of the body-boundary condition, i.e., the so-called m _j -terms in the traditional formulation when an inertial coordinate system is applied. Numerical studies are made for a modified Wigley I hull, a Series 60 ship with block coefficient 0.7, and the S175 container ship for moderate forward speeds where it is thought appropriate to use the double-body flow as basis flow. The presented results for the forced heave and pitch oscillations, motion responses, and added resistance in head-sea waves show good agreement with experiments and some other numerical studies. A Neumann–Kelvin formulation is shown to give less satisfactory results, in particular for coupled heave and pitch added mass and damping coefficients.     

船舶在纵向波浪中运动的控制方法

船舶主动减摇是目前亟待发展的船舶减摇技术。本文基于船舶在波浪中运动理论,运用MATLAB编程求解带主动减摇鳍的船舶在纵向波浪中的升沉和纵摇运动响应,并据此研究文中给出的主动鳍控制方法减摇效果。通过分析某深V型快速渡轮算例,可以得出明显减摇效果。     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

大型小水线面双体船纵向运动稳定性及纵向运动分析

以大型小水线面双体船为研究对象,观察其在静水中的纵向运动稳定性以及根据STF方法结合粘性修正方法预报其在波浪上的纵摇、垂荡运动等。首先根据ROUTH稳定性准则从定性角度观察其稳定性,然后从定量角度进行分析,给出其稳定性运动品质评价指标,并与配置稳定鳍后进行对比。最后给出配置稳定鳍后小水线面双体船的纵向运动预报。     

小水线面双体船减摇鳍的疲劳强度分析

针对某大型小水线面双体船两种连接方式的减摇鳍,即轴连接式和插入式减摇鳍,分别建立有限元模型,计算应力响应传递函数,确定减摇鳍疲劳累积损伤度,并对比两种类型减摇鳍的损伤结果特性。结果表明:减摇鳍与小水线面双体船下潜体相交各个部位热点应力较大,容易产生疲劳问题,且轴连接式减摇鳍的疲劳损伤比插入式的略为严重大,在设计和建造时应对这些部位重点关注。     

船舶减纵摇试验研究

利用船上原有的减横摇主动鳍和在船首加装椭圆环形翼，纵列片翼联合减纵摇。根据船模试验结果的实船预报表明，这样的组合减摇装置的减纵摇效率令人满意。     

CMAC与PID的复合控制在减摇鳍中的应用

提出了CMAC与PID复合控制的算法,并以此用于船舶非线性横摇减摇鳍中。以PID控制为反馈控制来保证控制系统的稳定性且抑制扰动,以CMAC为前馈补偿控制器实现系统的逆动态模型来确保系统的控制精度和响应速度。为了提高CMAC神经网络实时在线学习的快速性和准确性,采用了基于信度分配的CA-CMAC-AMS学习算法。其仿真结果与传统的数字PID控制相比较,表明了该复合控制提高了减摇鳍控制系统的减摇效果,并具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。     

4千吨级单体深V复合船型模型试验研究

对新研发的4千吨级深V单体复合船型模型在拖曳水池进行了静水阻力及耐波性试验.并将单体复合船型的试验结果与常规单体深V船型试验结果进行比较,分析减纵摇组合附体对复合船型静水阻力、航行浮态和耐波性的影响.试验结果表明由减纵摇组合附体构成的4千吨级单体深V复合船型的静水阻力与单体深V船型相比变化不大,而其纵向运动得到了有效的抑制,大幅改善了单体深V船型的耐波性能.研究结果表明,由新型减纵摇组合附体组成的单体复合船型向大吨级舰船推广应用是可行的.     

减摇鳍/水舱联合减摇系统模糊自适应滑模控制

针对减摇鳍和被动式减摇水舱设备在不同航速下的减摇特点,建立了船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统的横摇数学模型。结合模糊自适应控制良好的逼近特性和滑模控制算法对扰动和模型参数变化的不灵敏性,设计了减摇鳍/水舱联合减摇系统的模糊自适应滑模控制器。采用实船参数的仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的自适应性和鲁棒性,减摇鳍/水舱联合减摇控制系统在不同海况和不同航速下均具有良好的减摇效果。     

An insight into the slamming behaviour of large high-speed catamarans through full-scale measurements

The slamming behaviour of a large high-speed catamaran has been investigated through the analysis of full-scale trials data. The US Navy conducted the trials in the North Sea and North Atlantic region on a 98 m wave piercer catamaran, HSV-2 Swift, designed by Revolution Design Pty Ltd and built by Incat Tasmania. For varying wave headings, vessel speeds and sea states the data records were interrogated to identify slam events. An automatic slam identification algorithm was developed, considering the measured rate of change of stress in the ship’s structure coupled with the vessel’s pitch motion. This has allowed the slam occurrence rates to be found for a range of conditions and the influence of vessel speed, wave environment and heading to be determined. The slam events have been further characterised by assessing the relative vertical velocity at impact between the vessel and the wave. Since the ship was equipped with a ride control system, its influence on the slam occurrence rates has also been assessed.     

船舶垂荡与纵摇耦合运动频率散射机制研究

针对船舶纵向速度振荡对垂荡与纵摇耦合运动建立运动响应模型,基于弗劳德-克雷洛夫假定,采用切片法推导切片的浮力、阻尼力和惯性力,通过对切片的积分得到了船体垂荡与纵摇的水动力(矩),推导并得到垂荡与纵摇耦合运动响应方程。以某隐身船为实例,初步分析遭遇频率散射强度和散射频率对耦合运动的影响,得到增大散射强度和散射频率可以减弱耦合运动及其剧烈程度的初步结论。     

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.     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

鳍/被动水舱联合减摇理论研究

本文在综合分析减摇鳍与被动减摇水舱两种减摇装置的优缺点的基础上,考虑某些特殊用途的船舶以及一些大型的军用舰艇在全航速下对船舶平衡要求较高的情况,采用了一种优良的全航速下的减摇方案--减摇鳍与被动水舱联合减摇装置.这种减摇装置将减摇鳍与被动水舱有效结合,有效地克服了减摇鳍与被动水舱的缺点,同时也放宽了对鳍静特征数的要求,这对于装有不可收放式减摇鳍的船舶具有实际意义.针对上述联合减摇装置建立了船舶/减摇鳍/水舱的数学分析模型,并进行了分析讨论.通过对一实船的理论计算,结果表明:鳍/被动水舱联合减摇方案与其它减摇装置相比有明显的优越性,这种装置弥补了减摇鳍和减摇水舱具有的缺点,为船舶减摇提供一种减摇的方法.同时,可在此基础上增加装置的功能,达到一定的经济性.     

基于双GPS接收机的船舶定向系统实现

构建了基于双GPS接收机的船舶定向系统软件和硬件系统.在讨论接收机间单差相位观测方程以及接收机和卫星间双差相位观测方程的基础上,提出了一种快速整周模糊度求解方法,来解算双GPS天线形成的基线矢量,从而得到船舶的航向角和俯仰角.通过静态实验和动态实验结果验证了该系统的可行性.     

LNG船运动响应数值计算与试验研究

随着能源需求的增加和人们环保意识的增强,天然气作为一种清洁能源越来越受到青睐。对于液化天然气的海上长距离运输, LNG船无疑是最有效、最经济的选择。耐波性作为船舶安全性能的一个重要指标,在船舶的设计和运营过程中必须考虑。本文采用挪威船级社 SESAM软件计算了 LNG船在规则波中的六自由度运动响应,研究航速和浪向对其运动的影响。根据相关要求制作船模进行其在规则波中的耐波性试验,并将计算结果跟试验结果进行对比。结果表明：浪向对其运动响应影响较大,横浪时升沉、横摇响应最大,迎浪时纵摇响应最大;计算结果与试验结果的变化规律吻合较好。     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想,考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用,建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型,对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析,将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析,并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能,结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。