舰船动力系统数字孪生技术体系研究

[目的]为了实现数字孪生技术在舰船动力系统中的应用,针对舰船动力系统集成度高、全寿期研制特点,梳理在动力系统研制中应用数字孪生技术的技术路线.[方法]利用数字孪生技术的虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、全要素与全流程数据驱动等优势,开展符合动力系统研制特点的数字孪生技术体系研究.[结果]经研究,构建了舰船动力系统中应...     

基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统

以降低舰船运行故障为目的,设计基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统。该系统利用数据采集层内传感器数据采集模块采集舰船上层建筑设备基本数据和运行数据,得到舰船上层建筑设备中控数据,通过报文解析后,将其存储到MySQL数据库内;数字孪生层通过调取MySQL数据库舰船上层建筑设备中控数据,构建数字孪生体后,利用其模拟舰船上层建筑设备生产和同步虚拟运行后,得到舰船上层建筑设备实时虚拟运行数据,并将其传输到业务逻辑层内;业务逻辑层对实时虚拟运行数据进行预处理后,通过映射驱动将其传输到故障诊断模块内,该模块使用基于规则变量分析的舰船上层建筑故障诊断方法得到舰船上层建筑设备实时运行故障状态,并将故障状态信息传输到展示层内;展示层利用基础管理、数据统计和检测维保等功能实现舰船上层建筑运维。实验表明,该系统运行较为稳定,可精准诊断舰船上层建筑设备故障诊断,并为用户提供设备运维视情优先级。     

基于数字孪生的测试场景架构及应用研究

虚拟测试场景在智能船舶评估中占有重要地位,数字孪生技术能够对现实环境进行描述、预测,实现智能现实环境与虚拟场景的交互映射。本文探索如何将数字孪生应用于智能船舶虚拟测试,构建船舶和环境数字孪生体来实现船舶在现实环境中如何获取数据、在哪获取数据,获取何种数据映射到虚拟测试场景中,并寻求更为准确的参数。初步构建出基于数字孪生的船舶虚拟测试场景架构,基于该架构进行虚拟测试前后以及船舶远程操作时延优化应用,该架构具有一定的有效性和可靠性。基于数字孪生技术能够提高智能船舶虚拟测试系统的效率和操作精度,增强实验结果的可靠性。     

航道数字孪生初探

为推动水运新型基础设施建设,提升航道信息化和智能化水平,笔者通过对“数字孪生”“数字孪生流域”的顶层概念分析,梳理论述了数字智能技术在航道信息化迭代进程中的概念产物,深入剖析了当前航道数字孪生的建设意义。对比数字孪生案例,综合性提出航道数字孪生的自身特点及建设步骤。     

基于数字孪生技术的船体结构设计研究

由于传统舰船设计方法中存在船体结构设计不合理、设计效率低、多任务协调性差、准确性验证不足、辅助决策功能不成熟等一系列问题,研究基于数字孪生技术的船体结构设计方案。根据船体设计物理信息,使用三维建模技术构建船体结构数字孪生体,采用第三代波浪数值模型求解海洋环境矢量场,模拟真实海洋环境,实现船舶虚拟呈现。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型,模拟船舶航行状态,根据模拟航行的测试结果不断迭代优化船体结构设计方案,最终实现船体结构设计优化。实验表明,该方法构建的船舶数字孪生体效果非常逼真,航行模拟状态很准确,相对误差很小,完全可以达到船体结构性能测试的要求。     

气凝胶在蒸汽动力舰船中的应用研究

通过理论计算,结合所选用的气凝胶材料厚度规格,初步确定了不同管径、不同温度下,气凝胶保温层的厚度;并通过试验验证了气凝胶的保温性能,根据所需包覆物体实际形状,制定相关施工工艺.     

基于数字孪生的船舶管加工数字化车间研究

数字孪生是实现物理车间与虚拟车间交互融合的有效技术手段,被国内外相关学术界和企业高度关注,但目前的研究尚处于理论研究阶段,研究成果相对较少且缺乏整体解决方案。本文分析传统车间管控系统架构存在的不足,提出基于数字孪生的数字化车间运行新流程。基于B/S架构进行数字孪生系统设计,并给出与业务系统进行数据及接口集成的方法。利用数据采集网关技术,将现场设备数据进行实时采集、分类、清理及上传,实现基于现场实时驱动的虚拟车间运行。从产品、生产线、过程信息3个方面构建基于数字孪生的车间信息模型。最后,基于武昌造船集团有限公司的全自动化直管柔性加工生产线实现了数字孪生车间系统。     

舰艇数字样船技术及其平台体系结构研究

根据舰艇研制的特点,结合数字样船技术在舰艇设计、制造、维修、保障、训练直到退役等全过程中的应用需求,文章对数字样船技术的内涵、数字样船模型的层次划分、多层次数字样船模型的组成及其体系结构进行了认真的分析和研究,并在此基础上提出了舰艇多层次数字样船模型的组成、体系结构和需要突破的主要关键技术,为深入开展舰艇数字样船技术研究和平台的建立奠定了基础.     

基于统一关联模型的船舶总体设计平台研究

船舶设计的复杂性决定了在设计过程中必须经过大量反复的设计、分析、试验与评估,以验证设计结果的合理性,实现综合设计的优化。为满足船舶设计过程对设计、分析集成的需求,以知识工程作为指导思想提出了设计与分析的统一关联模型,以模板技术为开发思路形成了船舶总体设计平台体系架构,突破了相关关键技术,建立了船舶总体设计平台,并分析了平台的各功能模块,经过初步应用效果良好,对改变传统设计手段,提升设计效率具有重大意义。     

基于仿真的航空指挥和保障系统数字化设计技术

结合航空指挥和保障系统的特点,借鉴系统工程理论方法,提出面向航空指挥和保障系统的CAMP数字化设计方法。给出航空指挥和保障系统一体化协同设计平台架构,以及平台搭建过程中涉及的关键技术。以某型航空指挥和保障系统设计为例,介绍如何基于一体化协同设计平台实现面向不同设计人员和设计过程的航空指挥和保障系统论证、设计、仿真、集成与验证的一体化过程,对提出的理论方法进行应用验证。     

浅析船舶电站容量确定和计算方法

  目的  电站容量与机组配置是船舶电力系统设计中最重要的一项基础工作,为了提高设计效率和精细化程度,基于C#程序语言开发可扩展的电站容量与机组配置辅助设计软件。  方法  首先,应用插件框架,设计并实现本软件的可扩展架构;然后,研究电站容量计算的3种计算方法集成、工况和设备分类按需自定义、系数自动化建议等关键功能的实现方法;最后,通过归纳电站机组配置问题的最优化模型,提出机组自动配置算法。  结果  某4 000 t实船验证结果表明：在7种运行工况、搜索42个机组的情况下,机组配置最优模式的求解耗时少于1 s,且最多可以同时给出3种可行的机组配置方案。  结论  该一站式设计软件可以代替常规繁琐的人工配置方法,有助于提高船舶电站的设计效率。     

舰船蒸汽管路的柔性设计分析

舰船蒸汽管路在工作中受力复杂,为了避免应力破坏需要进行柔性设计。本文按照柔性设计的方法和原则,建立舰船典型蒸汽管路模型,分别进行刚性设计和柔性设计状态下的管点合位移、合力及合力矩仿真。分析结果表明:蒸汽管路的柔性设计减少刚性设计管点受力最大值,但没有改变管点的受力趋势,支撑点附近的合力依然较支撑点中部位置管点大;柔性设计为蒸汽管路提供了更大的位移补偿,能够有效降低管路管点,特别是支撑点附近的合力矩。分析结果对舰船蒸汽管路设计时的布置和固定具有一定的指导意义。     

基于模块化方法的核动力汽轮机建模

汽轮机为核动力装置二回路系统重要部件,对整个系统的特性具有重要影响.根据模块化建模思想,将汽轮机划分为通用子模块,主要包括流动阻力型模块、流动存储型模块和转子模块.建立这些通用子模块的详细数学模型,利用不同模块的组合可以开发多种类型的汽轮机,提高汽轮机建模的效率.计算结果表明,建立的汽轮机模型可以满足大工况变动要求,为...     

蒸汽动力舰船汽轮机油散发挥发性有机物的组成特征

利用 Tenax-TA 吸附管采样和 ATD-GC/MS 检测方法分析某舰船蒸汽动力系统汽轮机油散发挥发性有机物（VOCs）的组成特征。结果显示：散发口附近污染物浓度最高达16.1 mg/m3,为舱室环境浓度（0.83 mg/m3）的近20倍。除常见的芳香烃和烷烃外,散发口附近还检出高浓度的2,6-二叔丁基苯酚（DTBP）,该物质为汽轮机油添加剂的主要成分之一。由此建议我国在进行舰船舱室空气治理时,应加强污染源头控制,开展汽轮机油品质改进和蒸汽动力系统优化设计。     

舰船动力系统配置方案可行性分析方法

针对舰船动力系统方案论证中的实际问题,提出了基于最大航速下需求功率的舰船动力系统方案可行性分析方法。该方法以舰船综合模型为依据,以最大航速这一基本的作战需求为出发点,将舰船最大航速下的需求功率与动力系统的总功率进行比较,对方案可行性进行分析。案例应用结果表明了该方法的有效性。该方法为舰船动力系统方案论证提供了一种新的研究思路,有助于提高动力系统方案论证的可信度。     

基于Lyapunov指数的舰船电力系统稳定性分析

判断系统混沌的方法较多,Lyapunov指数方法是一种定量的判定混沌的方法.建立了舰船电力系统两机并联的非线性数学模型,用Jacobian算法计算电力系统存在电磁功率扰动情况下的Lyapunov指数谱,并画出了在扰动因子b变化下的系统相位图.仿真结果表明,在扰动因子b不断增加的过程中,系统经历了倍周期分岔到混沌的动态过程.当b=1.27时,系统出现了混沌振荡,相应的相位图正好形象地说明了这一点.