舰船海上航行的运动预测研究

通常情况下,舰船在风浪环境下航行。在海浪的扰动作用下,舰船海上航行很容易发生摇荡,导致船体出现倾斜。特别是小型的舰船,其船体倾角最大超过15°。在实战期间,如果舰船出现摇荡,将直接影响船载火炮操纵的效果,使火炮发射的准确率下降,不利于船载火炮作用的发挥。在这种情况下,为确保舰船航行的稳定性,要针对其运动展开科学预测。基于此,本文将舰船的海上航行运动预测作为主要研究内容,从而提升舰船的运动预测能力。     

基于VR技术的舰船航行数据可视化分析系统

针对舰船航行数据在可视化分析中受到海上环境的影响,导致舰船航行数据可视化分析内容减少、时间变长,因此,提出基于VR技术的舰船航行数据可视化分析系统。在系统的硬件设计方面,通过舰船航行数据查询模块设计和数据可视化模块设计,完成了系统的硬件设计,通过分析舰船航行的仿真要素,对舰船航行过程中的地形进行网格处理,采用VR技术全方位分析了舰船航行的视景,建立了四叉树顶点之间的约束关系,完成系统的软件设计,实现舰船航行数据的可视化分析。测试结果表明,基于VR技术的舰船航行数据可视化分析系统不仅可以增加可视化分析内容,还可以缩短分析时间。     

混沌理论和神经网络相结合的舰船摇荡运动极短期预报

舰船摇荡运动具有混沌特性,因而可以应用混沌理论对其进行预报.介绍了混沌时间序列预测原理;建立了基于混沌理论相空间重构技术的RBF神经网络模型,并将其用于舰船摇荡运动预报;通过对某实船纵摇时历的预报计算,证明了采用混沌和神经网络相结合的预报方法,能有效提高预报精度和延长预报时长.     

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。     

规则波浪中舰船摇荡耦合切片计算方法

[目的]切片理论方法在舰船耐波性设计中有着广泛的工程应用,该方法是针对切片平均位置来计算水动力,本质上缺少船体垂荡、纵摇与横摇的运动耦合性。为有效耦合船体垂荡、纵摇与横摇的运动,[方法]基于广义纵倾角和广义吃水增量的参数,以及船体坐标系下瞬时波面方程的解析表达式,以满足波面处压力为零的条件修正波面下压力分布的计算公式(史密斯效应);基于波面方程和压力分布修正公式,给出瞬时波面下船体切片的静水力与傅汝德—克雷洛夫波浪扰动力之和的计算方法,惯性水动力和阻尼力则采用经验公式估算。建立船体垂荡、纵摇与横摇耦合的时变系数动力学方程,采用AutoCAD图形面域技术开发计算软件,数值计算规则波浪中舰船的耦合摇荡运动。[结果]数值计算结果表明,大波高时横摇幅频曲线呈现出较为显著的因摇荡耦合导致的非线性效应,同时在横摇共振区内有明显的波浪传播方向的横摇偏摇现象。[结论]所得计算方法对于舰船高海况下的耐波性预报将产生积极的作用,计算软件可以作为耐波性设计选型的评估手段。     

基于数理统计法的舰船运动数学模型

传统的舰船运动数学模型没有考虑到海上复杂情况对舰船运动的影响,导致舰船航行过程中容易发生碰撞现象,为此设计一种基于数理统计法的舰船运动数学模型。建立舰船运动坐标系,利用固定坐标系与运动坐标系描述舰船位置情况,采用数理统计法整理舰船航行数据,在模型中计算风、浪、流的干扰,以真实模拟舰船运动情况,并建立舰船智能避碰决策机制,以此完成舰船运动数学模型的构建。通过实验证明,此次设计的基于数理统计法的舰船运动数学模型比传统舰船运动数学模型发生碰撞次数少,证明了此次设计的舰船运动数学模型的有效性。     

基于DRNN神经网络的横摇运动实时预测方法分析

船舶在航行的过程中,受到波浪的影响,会产生复杂的运动,这个运动具有随机性和非线性的特点。为保证船舶航行的安全性,要对摇荡运动实时、准确预测,尤其是横摇运动。这是因为横摇的幅度过大,极有可能引起翻船的情况发生,所以预测船舶的横摇运动显得尤为必要。为提高预测结果的准确性,可以基于DRNN神经网络构建预测模型。在模型的建立中,选用单项模型组合的方式,提高预报精度、增加预报时长,使船舶保持安全、稳定航行。     

舰船波浪补偿关键技术研究

海上舰船实施并靠补给的重要作业时,受海上风浪、水动力等因素的干扰,舰船在过驳过程中会产生六个自由度的波浪运动,伴随剧烈的摇荡,易造成货物补给撞击速度过大,偏离着落点,增大事故风险性。为保证过驳作业顺利进行,应采用波浪补偿技术控制摇荡运动,保证重物着舰的稳定性。本文概述舰船波浪补偿技术的原理和分类,并对波浪补偿的关键技术进行详细论述,提高我国舰船配套装备的技术水平。     

舰船水上纵向运动非线性数学控制模型

传统舰船控制在理论基础中以舰船水上运动的二自由度作为参数进行计算,忽略舵机伺服系统中的航向偏差,导致对航行要素的分析出现误差,因此设计一种针对舰船水上纵向运动的控制模型。首先对舰船水上运动过程中的各自由度在舰船运动坐标系中进行分析,并以向量形式的数学方程来描述纵向运动非线性舰船的状态,在驱动力上叠加一个非线性变推力,通过控制航速的方式控制舰船纵摇的幅值,设计变推力开环施加流程,经过相位改变得到相位差,精准跟踪纵摇变化纠正舵机伺服系统航向偏差。仿真实验中,分别使用传统控制模型与设计的非线性数学控制模型进行实验。结果表明,设计模型仿真结果对于各航行要素的分析误差平均控制在5%以内,具有一定有效性。     

基于ADAMS的舰载补给起重机摇摆仿真及减摇措施分析

舰载补给起重机吊运柱状箱体时,箱体会由于各种外界影响发生摇摆。针对舰载补给起重机起吊的柱状箱体在舰船摇荡、起重机启停、风载的影响下发生的摇摆进行了ADAMS动力学仿真,得到了这3种因素对柱状箱体摇摆的影响情况,以及柱状箱体在预设工况下的运动规律。改变钢丝绳数量和布置形式进行仿真,得到了不同钢丝绳数量和布置下柱状箱体的运动情况以及相对单根钢丝绳的减摇效果,为进行动基座起重机减摇、防摇研究提供了依据。     

基于虚拟现实技术的船舶横摇运动控制与仿真

舰船在海浪、海风作用下会发生横摇运动,一旦横摇运动的幅值超过舰船平衡点后就可能发生倾覆等严重的船舶交通事故,因此,船舶领域的从业人员针对船体的减摇控制技术进行了大量的研究。本文搭建一种视觉仿真系统,验证不同船舶减摇控制技术的实际效果。基于虚拟现实技术,结合船舶横摇运动模型,在MultiGen Creator软件平台中搭建了船舶的横摇运动仿真系统,重点对系统的工作原理等进行详细介绍。     

基于多媒体技术的舰船轨迹虚拟重构技术

对舰船轨迹的虚拟重构主要包括了对舰船模型和舰船尾流的三维视景仿真重构,为了提高舰船轨迹虚拟重构的逼真度,在多媒体视觉下,提出一种基于Vega prime和Multigen Creator建模的舰船轨迹虚拟重构技术,对获取的舰船船体数据和尾流数据进行数据加载和信息编译,在虚拟场景中根据场景状态信息和渲染指令进行海洋场景、舰船模型和尾流气泡模型的绘制。采用不规则三角网分割方法实现分区域三维重构和图像处理,实现舰船轨迹虚拟重构优化。仿真结果表明,采用该方法进行舰船轨迹虚拟重构和视景仿真的逼真性较好,图像渲染能力较强,具有较好的视觉效果。     

海流作用下潜水器运动仿真研究

深海潜水器仿真模拟器成为预报深海潜水器运动的有效工具。深海作业环境复杂,深潜器常常受到海流的干扰作用,本文以某深海潜水器为研究对象,建立海流作用下的深海潜水器运动方程。在仿真过程中,通过MFC对话框可输入干扰海流的信息,从而可模拟研究深潜器在实际航行中遇到海流的运动响应。本文对海流干扰下的直航运动和回转运动进行仿真,通过和无海流工况下的运动进行比较,可以看出海流对横向运动影响较大,为避免横向漂移,深海潜水器顶流航行,可降低海流的影响;海流干扰下的回转轨迹相对静水中产生了较大的横移,但海流对回转直径的影响不显著。该研究可为实际操纵提供参考,具有一定的工程意义。     

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DR算法的舰船航迹细化研究

推算定位技术是大型分布式实时视景仿真系统中减少网络传输数据量的关键技术。在战术推演过程中,为了在减少数据交互的同时使舰船造型的运动变得连续、平滑,针对舰船运动状态变化缓慢的特点,分析了舰船的几种典型的运动模式,提出了基于运动模式的DR算法。在三维可视化端进行了实体运动状态的细化,并采取延时差异补偿方法保证了三维显示的平稳性和逻辑性。仿真结果证明了该算法的合理性。     

提高舰船武器、装备使用海况的新方法

如何提高舰船武器装备使用海况，是航海技术的前沿课题和热点。为求对策，本文在改进船型、装设减摇装置等方法之外，提出了采用优选航向航速综合技术实现这一课题的新途径，并以较复杂的双船航行横向补给为例，论述了该项技术。仿真结果表明，这一方法是可行的，能使舰船实施作业的海况比现行规定高1～2级。为提高计算精度，本文还提出了由摇荡时历反推海浪谱的方法。     

具有淹水舱的舰船横摇运动建模探讨

舰船在风浪中横摇运动特性是影响舰船航行安全的主要因素,而当舰船由于碰撞、搁浅等意外事故造成船体破损进水后,具有淹水舱的舰船在风浪中的横摇运动将变得更加复杂,更加危险,文章系统地分析了具有淹水舱的舰船在波浪中横摇运动时船和舱内水的能量耦合作用,根据拉格朗日方程建立了具有淹水舱的舰船横摇运动两自由度微分方程,并在此基础上,用Melnikov方法对某实船破损进水后的横摇运动进行了非线性分析,验证了所建模型的实用性,为进一步分析破损进水舰船在风浪中的横摇运动特性提供了可行的数学模型.     

深水铺管起重船作业视景仿真研究

基于三维建模软件MultiGen Creator、实时仿真软件Vega Prime和程序开发软件Visual Studio 2005开发深水铺管起重船驾驶模拟系统的视景仿真子系统,结合深水铺管起重船实际作业环境特点和训练要求,逼真模拟了深水铺管起重船的航行环境,以三通道视景显示技术直观再现船舶海上航行状态和作业场景,包括场景漫游、波浪仿真、海洋特效、大气环境仿真和碰撞检测,为驾驶人员的桌面级驾驶培训提供感官上真实生动的虚拟场景.     

基于Vega Prime的舰船尾流视景仿真研究

为了在虚拟海洋环境中模拟真实的舰船尾流效果,建立了舰船尾流视景仿真系统,并给出了舰船尾流的基本模型。该系统在MFC应用程序的基础上采用了多线程技术,并结合Vega Prime的海洋模块真实地模拟了舰船尾流随舰船速度和时间的动态变化效果。系统的仿真结果表明,此虚拟视景系统平台具有较高的适用性,不仅节约了研究经费,同时获得了很好的视觉效果,为下一步海上虚拟对抗视景平台的研究打下良好的基础。     

基于虚拟基线的舰摇带来雷达探测误差分析

受到海浪、海风和洋流等海洋环境干扰,航空母舰在海面上航行时会产生横摇、纵摇、升沉等摇荡.为了分析舰船摇摆对舰载机着舰引导雷达测量误差的影响,根据虚拟基线定位测量理论,建立了舰艇摇摆带来的误差模型量化公式.在测相位差变化定位中的某些关键技术被深入探讨,为舰载雷达天线指向误差计算及探测误差分析提供理论依据.仿真结果显示了算法的有效性.