波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证

基于统一理论,考虑横荡、纵荡、艏摇平面三自由度操纵和横摇耦合,建立四自由度模型,按照MMG模型将船体上的力分为船体力、螺旋桨力和舵力,采用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶在波浪中的操纵性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过对比仿真数据与自航模试验数据,验证了模型的准确性。预报了在不同波浪工况下的船舶操纵性,验证了二阶力是船舶回转漂移的主要原因。比较了不同波高对船舶在波浪中操纵性的差异,研究结果表明:波高越大,船舶回转的纵向和横向漂移越明显,并且Z形试验中的第1超越角和达到时间越长。     

转舵速度对船舶操纵性影响研究

采用MMG分离式水动力模型作为船舶操纵运动数学模型，编写MATLAB程序进行操纵性仿真预报，结合一艘双桨双舵船舶在设计航速下的定常回转运动进行了数值模拟，分析了船在不同转舵速度的回转运动轨迹和相应参数，进而得出转舵速度对船舶操纵性的影响规律。     

基于离差最大化方法的船舶操纵性综合评价

将离差最大化方法应用到船舶操纵性综合评价中,引入加权向量和规范化决策矩阵,考虑各个操纵指标的权重和规范化决策矩阵对操纵性评价的影响,建立船舶操纵性综合评价体系,阐述该方法的构造原理和操作步骤。选取两个试验船模作为评价对象,以回转角速度、相对回转直径、初转期、第一超越角和第二超越角作为操纵性评价指标,分别求取两船模的操纵性评价指标的加权向量和规范化决策矩阵,并对计算得到的综合评价指标进行了分析,其结果与船模K,T,P指数一致,可以将离差最大化方法用于船舶操纵性综合评价中。     

某大型LNG加注船船型总体设计研究

对目前全球最大LNG加注船,也是世界首款应用薄膜型Mark Ⅲ Flex型围护系统的LNG加注船的线型设计及优化、总布置设计、船岸兼容性分析、船舶性能等方面进行研究。首先,介绍该型LNG加注船的总体开发设计过程,阐述GTT MARK Ⅲ FLEX围护系统、2个相同液货舱布置、2台全回转推进器和1台艏侧推布置等设计创新点;其次,在船岸兼容性、船舶快速性、操纵性和抗横风能力等性能做了大量的研究工作,在总布置、快速性、操纵性等方面进行了优化设计。该型船总体设计研究可为同类型船舶的设计提供参考。     

普留格艏部推力器

能回转和收缩的装置当船,例如考察船、海底电缆敷设船和运输补给船以低速在汹涛中航行或停泊时常常要求有高度的操纵性。为了保持在海底某一点上的静止位置,这种操纵性也是很必要的。为有助于得到所要求的操纵性,这些船常装有普留格(Pleuger)主动舵或艏部推力器,而在很多情况下既装有主动舵又装有艏部推力器。逆浪情况时,为了保持适当的浸水,汉堡普留格潜水泵厂生产了特种型的推力器。这种能收缩能回转的艏部推力器,在不需要使用时可收进船内,当需要使用时,经过船壳下落到龙骨之下,在工作位置上它能回转360°并且能发出任何方向的推力。这些装置可以用定距桨也可以用调距桨。     

船舶操纵回转特性的多目标优化设计应用

定常回转直径作为衡量船舶操纵性的一个指标受到人们的普遍重视。为提高船舶的回转性能,基于船舶四自由度的操纵性方程,分析船舶回转直径和回转横倾,讨论影响回转性能的舵型因素,并将其作为优化设计变量,利用Isight优化设计平台,采用遗传算法进行舵型参数的优化设计。通过选取某高速船作为优化对象,利用该方法进行舵型优化后,回转直径及回转横倾都减小。表明借助Isight的优化功能可以实现船舶操纵性能的优化。     

可回转双桨电力推进船舶运动模型的研究

根据船舶分离型运动建模方法,分析了可回转双桨船舶的运动规律及其在船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转双桨作用下的电力推进船舶的推进与回转运动模型,导出船舶运动线性响应方程。通过数值仿真,验证了可回转双桨电力推进船舶的推进与回转运动模型的准确性。     

舵速对船舶波浪中回转及横摇的影响

基于经典MMG模型和统一理论建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,利用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶波浪中的回转和横摇特性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过自航模试验进行模型验证,预报了不同操舵速度对船舶回转和横摇的影响。研究表明耦合模型能够有效地仿真船舶的回转及横摇,回转过程中操舵速度越大船舶改变航向和航迹的能力越强,纵距越小,但会给船舶造成较大的横摇。     

全回转双桨船舶操纵性预报

为实现对全回转桨船操纵性的预报,根据船舶分离型运动模型的建模方法,考虑全回转桨在水平面上周转的灵活性与受力的特殊性,着重分析双桨受力,建立适用于全回转对转桨船模的MMG操纵运动数学模型;模拟船模进行PMM运动,求得水动力导数并采用四阶龙格—库塔法对操纵性常微分方程进行求解;对某工程船在静水中的回转运动和Z形操纵运动进行数值仿真预报,并将预报结果与自航模操纵性试验结果进行对比。结果表明,两者吻合度较高,验证了针对全回转对转桨船模所建立的船舶运动数学模型的有效性,可为全回转桨船的操纵性预报提供一种较为可靠且行之有效的方法。     

环境最优区域动力定位控制方法的研究

环境最优区域控制是以能耗最小化为目标的船舶动力定位控制方法。环境最优区域控制是根据平均环境作用力自动控制船舶艏向至最优艏向角,通过对船舶状态的预测控制,在不使用任何环境传感器的情况下,用最少的能量,使其保持在限定的区域内运动,达到节约燃料、减少有害气体排放的目的。首先,建立了船舶数学模型,并采用环境最优艏向控制思想,使船舶以固定的半径和很小的回转速度做定常回转运动直至平衡位置,找到最优艏向角。在回转运动过程中,利用所设计的带有积分环节的非线性反步控制法对船舶运动进行控制。然后,通过预测船舶的状态,以能耗和精度为最优目标函数,采用滚动优化策略研究了区域预测控制,使船舶运动保持在限定的区域内。最后,对所研究的控制方法进行了仿真验证。结果表明,该方法达到了环境最优区域控制的目的。     

波浪中船舶操纵性预报

本文通过四自由度操纵运动数学模型,对某工程船舶在静水中和波浪中的Ｚ形运动和回转运动进行预报,并由自航模操纵性试验验证。本文还分析了波高Ｈｗ波长船长比λ／Ｌ,船速Ｕ和操舵角δ诸因素对该船在波浪中的操纵性的影响。从结果显示可知计算和试验结果是比较吻合的,所提供的计算方法适用于船舶静水中和波浪中的操纵性能预报。     

基于改进BP神经网络的船舶操纵性能预报

以某单桨大型船舶在海上的回转性能为例，探讨了应用改进的BP神经网络（Back-pmpagation Neural Network）建立船舶操纵性预报数学模型的方法，并利用matlab语言对其进行了仿真。研究结果表明，改进的BP算法有更快的收敛速度和更好的计算精度。     

基于MMG标准的船舶四自由度操纵运动仿真

为设计优良的操纵运动控制系统,基于MMG标准方法,构建了纵荡—横荡—横摇—艏摇四自由度运动方程。首先,详细介绍了MMG标准操纵性数值仿真模型及操纵运动仿真方法,其中横摇仿真考虑了粘性横摇阻尼力矩和静水回复力矩的影响。其次,利用Matlab对基于MMG标准方法的船舶四自由度运动方程进行建模,并针对某集装箱船开展回转操纵运动仿真。结果显示:基于MMG标准模型进行的船舶操纵运动快速预报具备较好的预报精度。     

大型中速船舶快速性和操纵性综合优化研究

本文将遗传优化算法应用于大型中速船舶快速性和操纵性综合优化，建立了船舶快速性和操纵性综合优化数学模型，编制了计算软件。大量计算结果表明该算法和计算软件用于求解船舶快速性和操纵性综合优化问题是可行的。     

W形隧洞体流线型船舶专利

这是一项船体线型技术,其纵剖面在1.5～6站范围内呈 W 形线型。它采用对封闭式双隧洞,推进器位于隧洞内,克服了艉隧洞型船舶的缺点,可提供较大的回转力臂,提高了船舶的操纵性和稳定性,并可充分发挥主机的推力,在主机功率相同的情况下,能明显提高航速。     

风帆助航船操纵性研究

文中首先建立了风帆助航船的数学模型,计算和分析了帆对船在风中的风速限界线和可自由操纵区的影响,利用最优控制理论推导出使船在风中回转战术直径为最小的操帆规律的近似公式。然后对风帆助航船在风中的回转性能进行了数值计算,研究了帆的位置对船舶操纵性的影响。结果表明,风帆助航船若帆的位置布置得当,且适当地操帆,则其在风中的船舶操纵性能比未装帆时要好得多。     

船舶浅水水动力导数的数值计算

船舶浅水水动力导数对研究浅水中船舶操纵性有重要的意义.以“Mariner”船模为研究对象,采用Realiz-ablek-ε湍流模型来封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,对两种水深的浅水定漂角、定舵角、纯艏摇试验进行了数值模拟.实现了浅水水动力导数的求取,并将计算结果与模型试验结果进行对比,验证了方法的有效性.     

基于螺旋桨负荷特性的双桨船操纵性预报

通过对双桨船内、外两桨负荷变化情况及其对舰船回转性和回转速降计算结果影响的分析,提出了采用等功率法分别计算双桨船内、外两桨的转速、进速系数等,进而确定两桨的推力和转艏力矩,从而进行双桨船回转性和回转时速降预报.以某双桨船为例,分别用等转速法、等推力法和等功率法进行回转轨迹、回转时螺旋桨推力、速降和转艏力矩的计算.计算结果表明：采用等功率法与采用等转速法所得到的回转轨迹基本相同,较之等推力法所得到的回转直径的计算结果更接近实船实际情况;采用等功率法所得到的速降介于等转速法和等推力法之间,最为接近实船的实际情况.     

波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

基于经典MMG模型建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,并利用耦合模型叠加波浪力的方式,论文对一艘S175自航船模进行波浪中操纵性和横摇预报,并根据自航模试验进行对比验证;其波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。在验证模型准确性后,对船舶在不同舵速、浪向角下的操纵运动进行时域模拟,比较了舵速和遭遇浪向对船舶舵效的影响,分析了浪向、波频对船舶操纵和回转时横摇的影响。     

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。