潜艇水下旋回操纵运动特性仿真研究

潜艇水下旋回运动既是潜艇一种重要的战术机动形式,也是潜艇定深直航、变深潜浮和转向机动3种最基本、最重要的运动方式之一。在对潜艇水下旋回运动特别是水下旋回对潜艇垂直面运动和横滚面运动影响进行理论分析的基础上,结合潜艇水下旋回操纵运动数学模型,编制潜艇水下旋回操纵仿真程序,分别对不同航速条件下潜艇水下旋回操纵运动进行仿真。通过理论分析和仿真研究,得出潜艇水下旋回时航速、横倾角的变化规律和艇重尾重的操纵特性,并针对潜艇水下旋回的特点提出了相应的操纵建议。     

潜艇下潜过程中最小挽回深度的仿真分析

通过垂直面操纵运动仿真,得到了某型潜艇在以不同首倾角和航速下潜过程中的最小挽回深度,分析首倾角和航速对最小挽回深度的影响,潜艇在下潜过程中进行挽回操纵时应保持潜艇龙骨下水深大于最小挽回深度。     

基于体积力模型的潜艇应急上浮运动数值模拟分析

[目的]为了探索潜艇应急上浮运动的规律,基于体积力的螺旋桨简化模型,开展不同航速下潜艇的应急上浮运动数值模拟.[方法]对艇体水下定深直航、上浮以及上浮出水进行数值模拟,对比分析不同航速下潜艇上浮过程中艇的螺旋桨转速与航速的匹配,以及上浮运动时间和艇体姿态的变化.[结果]结果显示,随着螺旋桨转速的增大,潜艇获得稳定航速的...     

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。     

不同航速下船舶浅水摇荡运动规律

浅水效应是船舶安全操纵所需考虑的重要因素。本文采用三维势流理论,以某NPL型船模为例,分别对其在次浅水、浅水、超浅水3种不同相对水深条件下的纵摇和垂荡运动幅值响应情况进行计算,并对纵摇和垂荡运动随航速的变化规律进行总结。本文计算结果可作为船舶驾驶员判断是否发生浅水效应的参考依据。     

槽道滑行艇快速性数值仿真

滑行艇在滑行状态的航行往往伴随着浸湿面积及纵倾角的变化,导致其快速性性能难以评估。为此,本文基于全结构化动态重叠网格求解运动姿态,引入六自由度模块,采用Level-Set水平集方法求解自由液面,对某型槽道滑行艇进行快速性数值仿真。最终,得到了滑行艇在各个航速下对应的阻力、纵倾角、自由液面波形、中纵剖面气液分布以及船底压力分布。为验证可靠性,将纵倾角仿真结果与实船试验结果对比,结果吻合较好。     

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.     

迎浪状态下三体船垂荡和纵摇运动参数

运用基于势流理论的三维频域格林函数方法对三体船的垂荡、纵摇运动进行参数研究,讨论三体船附体位置对垂荡、纵摇运动的影响。将计算结果与实验结果进行对比,比较结果表明数值计算是可靠的。设计了十二种不同附体位置配置方案,并计算出各个方案在三个航速下的垂荡和纵摇频率响应函数曲线。计算结果表明:(1)航速对三体船的垂荡、纵摇运动影响剧烈,随着航速提高,运动幅值增加明显;(2)当三体船的航速为零时,附体位置对垂荡、纵摇的影响不明显,随着三体船航速的增加,附体位置对垂荡、纵摇影响也随之变大;(3)附体纵向位置变化对垂荡、纵摇的影响要大于其横向位置变化的影响。     

鳍结构对SWATH船纵向稳定性及运动性能的影响

针对保持SWATH船纵向运动稳定鳍的结构尺寸难以确定的特点，从实船对鳍的展长和弦长取值的约束条件出发，利用计算机仿真出SWATH船在40kn的航速范围内保持纵向运动稳定的鳍结构尺寸的变化范围，然后，从这一范围内确定出不同航速且具有一定运动性能要求的鳍尺寸变化范围。以此为基础仿真出了对应于不同航速SWATH船在静水中的升沉和纵摇运动性能指标的变化范围。结果表明，此方法直观、有效，能初步确定稳定鳍尺寸并分析静水中鳍尺寸对SWATH船运动性能影响。     

海港航道船舶航速控制标准量化方法

为协同提升海港航道通航安全与通航效率,运用船舶漂移计算方法、富余水深计算方法和跟驰理论提出一种海港船舶航速控制标准量化方法。根据航道水深的垂向约束,考虑船舶航行时的富余水深,建立基于船舶下沉量的最大控制航速计算模型;根据航道宽度的横向制约,分别考虑单、双线航道的通航模式,建立基于风流漂移量的最小控制航速计算模型;根据船舶纵向安全间距需求,考虑最大和最小控制航速计算模型,提出基于跟驰理论模型的航速控制范围确定方法;应用天津港主航道数据对提出的方法进行案例分析。结果表明：海港航道航速控制标准取决于船舶类型、船舶吨级等要素,不同航段宜采取不同的航速控制标准。该研究对于海港航道船舶航速控制标准的确定有一定的应用价值。     

导管对泵喷推进器艇后推进特性的影响

为研究泵喷推进器的艇后推进特性及导管主要参数对推进特性的影响,给出基于推进效率和推进器功率的导管主要参数选择范围,该文通过改进的延迟脱体涡模拟（improved delayed detached eddy simulation, IDDES）方法求解艇后泵喷推进器在不同航速、转速和导管主要参数下的流场,研究了不同航速和不同导管主要参数下的泵喷推进性能和自航因子,其中导管主要参数包括倾角、轴向长度、最大厚度、进口直径和出口直径。结果显示：除导管最大厚度外,导管的倾角、轴向长度、进出口直径对自航因子及推进器功率有较明显影响,倾角和出口直径的变化会显著改变推进器流量,进而影响功率和推进效率。结论表明：选择艇用泵喷推进器导管主要参数时,除了取值要在合理范围,倾角和出口直径还要根据艇体尾段的线型和角度来优化取最佳值。     

三体船主体尺度对其在波浪中动态响应的研究

基于有限元方法,通过仿真计算,比较了三种不同主体尺度下三体船的垂荡、纵摇、横摇运动响应算子。因不同的航行速度对运动算子有一定影响,故分别在低航速和高航速下进行比较。通过不同航速下的垂荡、纵摇、横摇性能对比,得出主体狭长型三体船运动响应性能均最佳,最适合作为三体船主体的尺度。     

大型船舶侧推器操纵效能计算

为探讨首侧推器操纵效能,本文在有航速、零速和横移的不同工况下,分别采用三自由度、二自由度数学模型,并对1条12300 t大型滚装船进行了首侧推器操纵效能的实例计算.计算结果表明侧推器操纵效能与航速及桨转速直接有关,零航速最好,且随桨转速增高而增强;结果同时也表明了借助于主推进器、首侧推器和舵的联合操纵可实施纯横移运动.     

喷水推进船平移机动操纵方法研究

为了实现喷水推进艇平移机动操纵,对其操纵方法进行了研究.首先采用船模斜拖试验获取平移操纵时船体水动力特性变化规律,然后求解喷水推进器在各种航速、转速、倒车斗位置以及喷口转向角条件下的推力.在此基础上,综合分析船体平移运动水动力特性和喷水推进器推力特性,提出了用双手柄同步等角度调节的平移操纵法,并制定了详细的平移操纵步骤...     

船舶在随浪中的运动与横甩预报

本文在水平的随船坐标系下,建立了船舶在波浪中的六自由度操纵运动方程。进行船舶在波浪中的回转运动和Z形操纵运动模型试验,验证数学模型的正确性。通过不同波浪和航速条件下船舶Z形操纵运动的模拟计算,预报船舶在随浪中的横甩,预报结果与试验结果比较一致。     

智能控制在船舶运动模拟平台液压传动中的应用

由于以往控制方法受到纵摇和垂荡液压缸活塞杆变化影响,导致控制效果较差,为了解决该问题,提出了智能控制在船舶运动模拟平台液压传动中的应用研究。根据运动模拟平台液压传动原理,采用数字调节器将不同方向控制阀输入信号转换为数字信号,依据运动模拟平台功能,分析控制时域模型,使用二进制编码,获取最优参数,依据该参数分析纵摇和垂荡液压缸活塞杆理论位移曲线和实际位移曲线,由此得到闭环比例最优控制位置,根据该位置,完成具体实现方案的设计。通过实验对比结果可知,该方法控制效果较好,使船舶具有高效转动性能。     

考虑船间干扰的双船操纵运动预报

选取DTMB5512和KCS船舶模型为研究对象,使用RANS方法进行双船相互干扰的数值模拟,并使用MMG模型和标准LOS方法（视线法）进行双船操纵运动的研究。通过网格敏感性分析验证了数值方法的可靠性。在静水中进行了不同航速、横向间距和纵向间距下船间干扰的CFD模拟,得到水动力干扰力和力矩。使用MMG模型分别进行了DTMB5512和KCS的回转运动模拟,并和试验结果进行比较。基于计算结果,应用标准LOS方法,建立了双船MMG模型。将DTMB5512和KCS分别设置为引导船和跟随船,并将首向角作为控制目标进行轨迹跟踪控制,得到不同航速、横向间距和纵向间距时双船操纵运动规律。     

转舵速度对舰船回转性能的影响

在忽略操舵引起速降的假设前提下,利用操舵响应方程对不同转舵速度下船舶的回转性能进行理论分析,获得定常回转直径、纵距、横距、战术直径等参数与转舵时间之间的近似关系。进而利用计及速降的非线性操纵性运动方程进行同一舰船不同转舵速度下的回转运动仿真,以及操纵性能和航速相同而船长不同的各船在不同转舵速度下的回转运动仿真。仿真结果与理论分析结果一致,均表明定常回转直径不受转舵速度的影响,纵距、横距、战术直径均随着转舵速度的提高而减小,且转舵速度对船长较短的舰船影响较大。     

潜艇空间强机动操纵安全性仿真计算与分析

随着潜艇技术的发展,研究潜艇空间强机动的运动特性、操纵控制方法和战术运用,已成为提高潜艇作战能力和生存能力亟待解决的课题.依据潜艇操纵性理论,采用潜艇空间六自由度运动方程为仿真数学模型,对某型潜艇进行空间强机动时的操纵安全性进行了仿真分析,研究了潜艇强机动的操纵控制措施和方法.     

水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇纵向运动预报

为了探究水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇的运动响应,本文基于喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立了水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇非线性纵向运动数学模型。分析了在水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇滑行过程中的受力特性,确定了艇体受到的重力、浮力、动升力、水翼的升阻力及力矩等。提出了可控水翼对滑行艇运动过程中的升沉量和纵倾角的控制策略。完成了0~8级线性风、周期风、随机风作用下水翼变攻角和水翼变攻角+纵向运动对滑行艇运动升沉量和纵倾角控制结果分析。结果表明,当主机输出功率一定时,水翼变攻角可以控制滑行艇的升沉量,弱化纵倾角幅度,而水翼变攻角+纵向运动可以同时控制滑行艇的升沉量和纵倾角。本文为水气双重介质共同作用下可控水翼对滑行艇纵向运动预报提供了有效的研究方法。