船舶运动干扰力和力矩数学模型

为了准确计算船舶运动参数,以提高航海模拟器的模拟精度,本文基于欧拉理论建立船舶运动干扰力和力矩数学模型,考虑了水流压力、水力矩、风压力、风力矩、螺旋桨推力、螺旋桨力矩等力学参数对船身运动的影响。以某试验船为实例进行计算研究。结果表明,本文建立的数学模型与相关文献计算结果较为一致,本文建立的船舶运动干扰力和力矩数学模型具有较好的准确性。     

船舶运动的数学模型构建与验证研究

针对船舶在海面航行运动的复杂情况,构建一种用于船舶运动仿真控制分析的数学模型。分析船舶运动中的坐标系运动变化过程,并给出运动坐标系中作用力、力矩、重心速度、角速度等模型变量。研究数学模型中运动坐标系的移动过程,并适度调整运动方程的参量值,以更好地实现数学模型对船舶航行运动的控制作用。仿真验证结果表明,在提出的数学模型控制下,船舶的航行轨迹更接近于理想航线,在外界环境更加恶劣的条件下优势更为明显。     

基于最小舵系能耗的操舵策略计算方法

对舵系能耗的构成进行计算分析，结合船舶操纵运动数学模型（MMG）建立舵系能耗计算方法，针对具体算例求解以最小舵系能耗为目标的最优操舵策略，讨论相关变量条件对操舵策略及舵系能耗的影响。结果表明：该计算方法具有可行性；对于算例船舶，以10°舵角操舵是使艏向角改变60°的最优操舵策略；不同的舵压力中心位置、舵阻力特性和初始航速条件不会改变算例船舶给定目标任务下的最优操舵策略。研究结果可为船上智能驾驶系统或驾驶人员做出操舵决策提供有效的算法支撑。     

船舶操纵运动智能控制的实时仿真研究

本文以“mariner”型船为例，建立了外界干扰下的船舶操纵运动数学模型，并将模糊控制理论应用于船舶操纵运动自适应控制，如用该船型可以对船舶在各种风，流状态的运动性能进行仿真，同时选用不同的模糊控制参数建立相应的合理的模糊控制规则，可以实现船舶在风，海流条件下保持航向，航线以及改变航向，航线的模糊控制仿真。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

不同装载状态下约束模试验的船舶操纵性研究

通过敏感性分析方法确定了使船舶操纵运动敏感的干扰系数.文中采用模型试验方法测量了船舶在满载、半载和压载等6种装载状态下船舶的干扰系数值,并分析了吃水和纵倾对干扰系数的影响.之后,作者利用测量的干扰系数,以MMG数学模型模拟计算了船舶在6个装载状态的操纵性能,结果表明吃水和纵倾变化对操纵性的影响较大,不同装载状态船舶的操纵性能的研究将为船舶安全航行提供重要依据.     

浅析船舶旋回过程及MATLAB仿真

随着世界贸易的不断扩大,航运经济不断发展,商船数量不断增加,特别是石油、矿砂等大宗货物的需求量急剧增加,船舶趋于大型化.超大型油轮、超大型矿砂船的出现,在便利海上运输的同时,也增加了海上运输的危险性,一旦发生事故,将会造成巨大的经济损失和不可估量的海洋环境污染.文章以Nomoto数学模型为基础,介绍了船舶旋回运动的过程,以大连海事大学教学实习船"育鲲轮"为例,进行了在一定海洋环境干扰下的船舶旋回试验MATLAB仿真,并对仿真曲线进行分析;同时,研究了船舶旋回运动中速降问题,并以李宗波提出的速降估算公式为例,在Nomoto数学模型的基础上,以30万吨油轮为例,对李宗波等人的试验结果进行MATLAB仿真,并与旋回运动中实际速度进行对比,验证了速降估算公式对大型船舶的适用性.     

“冷三”轮舵系大修

文章从船舶舵系损坏状况的勘验,舵杆、舵叶、舵销修复方案的论证以及所实施的修复工艺,介绍了“冷三”轮船舶舵系的大修。     

浅狭航道中船舶操纵性能的预报仿真

利用深水平面MMG船舶操纵运动数学模型,通过浅水修正和岸壁效应近似建立了船舶在浅狭航道中操纵运动数学模型,针对M ariner船开展了浅狭航道中的操纵运动预报,探讨了直航状态下浅水及岸壁效应对船舶运动轨迹和航向的影响,仿真结果能够为船舶在浅狭航道中的操纵与控制提供参考。     

电力推进船舶机动特性的试验研究

文中分析了电力推进船舶动力装置的机动工作状态其过渡过程的数学模型。这个数学模型包含了电力进船舶整体的所有环节和部件。借助于这个数学模型可以计算动力装置、发电机、电力转换装置、推进电机等随时间的变化规律以及船舶运动的各种参数,证明数学模型的实用性和正确性的最好方法是实船试验。为此目的,在“救－２１”号救生船上进行了实船机动特性试验。     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。     

系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析

应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性。以三阶操纵运动方程为基础,引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力,建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上,建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在风浪流联合作用的情形下,对一艘单点系泊油轮的动力学行为进行了仿真研究。以潮流速度和系缆程度为分岔控制参数,在参数平面上给出了局部分岔集。研究表明,系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域。极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。对于单点系泊船舶而言,顶风顶浪顶流的状态并不一定是最为危险的工况。局部分岔集的确定为系泊系统参数的选择提供了决策依据。     

30 000 DWG散货船码头系泊模型试验研究

对30 000 DWG散货船在开场水域码头系泊开展了模型试验研究。在风浪流组合工况中,对不同系泊方式的系缆张力和船舶运动进行了分析。分析结果表明,流向和缆绳长度对系缆张力有显著影响。试验结果可为类似船舶码头安全系泊提供重要技术参考。     

基于AQWA的大型LNG船码头系泊分析

随着船舶吨位的迅速增加,大型船舶码头系泊的安全性越来越受到人们的关注.本文应用多体水动力学软件AQWA,研究了大型LNG船码头系泊时,在风、浪、流联合载荷作用下船舶的运动响应,得到了LNG船码头系泊时整体运动响应及系缆绳所受张力.研究结果可为同类船舶在码头系泊时提供参考.研究方法可作为分析船舶码头系泊的一种新方法.     

董家口港40万吨级矿船套泊作业关键要素确定

为进一步提升青岛港董家口港区矿石码头泊位通过能力、提高卸船作业效率,在当前董家口港区矿石泊位使用率居高不下以及无新增码头投建的背景下,考虑2艘40万吨级矿船在吃水受限港池进行套泊作业的高风险系数,基于船舶操纵模拟试验,仿真40万吨级矿船在不同风、浪、流工况组合条件下进行套泊作业试验,并根据试验结果确定40万吨级矿船套泊作业的关键要素。结果表明,在确定的套泊作业关键要素条件下,董家口港区可安全进行40万吨级矿船套泊作业。     

船舶系泊问题的试验研究技术

随着码头及船舶大型化的发展,船舶系靠泊安全是港口设计及使用中需要考虑的重要问题之一。船舶及停靠的码头组成了一个极其复杂的相互作用系统,自然环境中的风、浪、流等动力条件以及不同水位、载度和船型的差异均会影响船舶系靠泊的条件,其系泊与作业期间的6个自由度运动量、系缆力和撞击力及其能量分布都是需要关心的重要因素,因此前期的试验研究十分必要。文章通过对目前船舶系靠泊试验研究技术的发展现状的阐述,分别对物理模型试验方法、仪器设备情况以及目前国内外数值模拟技术的发展情况作了相应的探讨与分析,指出船舶系靠泊试验技术的难点与待解决的问题,并结合未来研究的发展趋势,对今后的研究方向提出了展望。     

FPSO外输系统动力响应及风险分析

采用水动力分析软件AQWA对由软钢臂式单点系泊FPSO和油轮组成的串靠外输系统的动力响应和安全性进行研究。基于多体方法,建立串靠外输系统的有限元模型,计算4种拖轮拉力和24种作业海况下外输系统的连接大缆张力、两浮体相对艏向角及间距的时间历程,并分析波高、流速、风速、风浪流夹角、连接大缆长度等因素对系统动力响应的影响及动力响应特性。此外,还开展了串靠外输系统的风险分析,计算不同海况下连接大缆失效、船体碰撞和过分相对艏向运动的发生概率。研究结果对串靠外输系统的设计和外输作业具有一定的指导意义。     

深水定位系泊系统集成及控制系统研究

采用集中检测及控制技术将深水定位系泊系统集成为一个整体并加以控制,集成及控制系统模拟采样平台的运动坐标数据（采用仿真信号）,检测定位锚机锚索张力及长度,通过传感器检测风向、风速、海流和波浪,并实时显示和信息分析处理,建立适应复杂海洋环境下的多点系泊控制数学模型和算法演算,通过仿真实现深水定位系泊系统的自动定位控制功能。     

海上供应船旁靠大型浮式平台耦合 响应的模型试验研究

对大型浮式平台与供应船之间的旁靠带缆系统进行选型设计,同时开展两船旁靠作业时耦合响应特性的水池试验研究。重点分析两船体六自由度的相对运动特点、旁靠系泊缆的受力以及护舷的挤压应力随风浪流角度的变化规律。试验表明:两船在纵荡、横荡及首摇这三个低频方向的相对运动幅度较小,一般不会成为制约旁靠卸载作业的控制因素,但另外三个波频方向运动具有一定的独立性,且不受旁靠缆绳的约束,是影响旁靠作业窗口期的重要因素;缆绳张力和护舷挤压力对来流角度较为敏感,且供应船处于上风位时,缆绳的张力、护舷的挤压力比其位于下风位有明显增大,建议供应船尽可能位于浮式平台的下风位旁靠作业。     

船舶靠绑作业系统试验模拟与测试技术

风浪作用下船舶系泊靠绑进行补给、救生与货物转运等作业是一个非常复杂的过程,在波浪水池中进行模型试验,了解靠绑作业系统的运动和受力特性,必须考虑每一个细节.本文针对系泊靠绑模型试验,重点介绍了缆绳、碰垫非线性弹性特性和系泊缆绳上补偿力模拟与测试方法,以及靠绑船舶的运动响应测试,并给出了部分模型试验结果.从模拟的缆绳和碰垫弹性曲线及系泊缆绳上补偿力试验结果来看,文中所用的缆绳、碰垫和缆绳上补偿力模拟方法是成功的,非接触式光学运动测量系统能方便地进行靠绑船舶运动响应测试,可以应用于今后其他类似模型试验中去.