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。     

驱逐舰操纵性预报

本文用船体、螺旋桨、舵“组合型”数学模型,对一艘驱逐舰船模的操纵性进行了预报。船体的水动力导数和船体、螺旋桨、舵相互之间的流体动力干扰是用船模斜拖试验和旋臂试验确定的。预报采用进退、横漂、首摇和横摇四个自由度的方程,考虑了横摇对水平面运动的耦合影响。计算结果与自航船模试验结果进行了比较。符合情况良好。     

顶推船队风浪中操纵特性

采用4自由度“组合型”操纵运动数学模型,预报顶推船队风浪中操纵特性.由计算结果表明,顶推船队风浪中操舵沿与原航向成α角方向作回转漂移运动,风浪中回转,不仅存在横倾,而且以该横倾为基准叠加有横摇运动.从综合分析可知,顶推船队在相应工况下风浪中回转、初始回转及纠向和保持航向能力随波高ξa、风速船速比Ua/Uo、及船队长度Lc增大而下降,操舵角为影响风浪中回转能力的主因,随操舵角减小,其回转能力急剧下降.     

小水线面双体船操纵性数值预报方法研究

文章基于粘性流体理论,采用CFD技术,通过对双体船变漂角旋臂运动的模拟,得到代表小水线面双体船舶操纵性能的水动力导数。利用MMG模型,对小水线面双体船的操纵性能进行初步预报。根据变漂角旋臂运动的数值模拟,既可从中得到仅仅与漂角和角速度有关的水动力导数,也可获得包括高阶导数和耦合导数在内的操纵性运动水动力导数。文章在保留三阶水动力导数的情况下,将代入高阶耦合水动力导数的操纵运动方程所绘制的回转圈与不代入高阶耦合水动力导数的回转圈进行对比,体现了高阶耦合水动力导数对于小水线面双体船操纵性预报的重要性,并以某双体船型为例,对其操纵性能进行预报。     

三体船操纵与横摇耦合运动试验与分析

通过对三体船模的回转试验,测得不同转速和舵角下的回转直径,并得到回转过程中一系列横摇角变化曲线.在此基础上,建立船舶操纵和横摇运动模式系统辨识的数学模型,从系统辨识原理出发,确定目标函数.编写了一套基于Visual Basic 6.0的遗传算法系统辨识程序,该程序可通过限定约束条件对水面三体船模操纵和横摇的试验数据进行辨识.最后对结果进行分析,验证该方法的可行性.     

呆木对改善中速艇回转性的作用

为减少艇的横摇和使摇摆衰减快而采取增设呆木的措施，通过实艇对比证明，它会使尾部平底及上层建筑庞大的中速艇的航向稳定性和回转性都变好，本文通过在模型在风洞 的一系列测压试验与研究，阐明呆木对改善中速艇回转性的作用原理，从而改变了人们一直认为“加呆木对艇的回转性不利”的概念，此外，试验表明，已设置呆木的艇，如再增凤水平或竖舭板，则它回转性将产生不良影响，特别是竖舭板。     

风浪中顶推船队操纵特性预报

论文基于四自由度MMG分离型操纵运动数学模型,预报顶推船队风浪中操纵特性。由计算结果表明,顶推船队在风浪中操舵时,其沿与原航向成?角方向作回转漂移运动,此时不仅存在横倾,而且还存在以该横倾为基准叠加有横摇运动。从综合分析可知,顶推船队在相应工况下风浪中的回转、初始回转及纠向和保持航向能力,随波高a?、风速船速比oaUU/增大而下降;操舵角是影响风浪中回转能力的主因,随操舵角减小,其回转能力急剧下降。     

水平面操纵运动中潜艇受到的"离面载荷"的数值模拟

本文用数值方法研究了潜艇模型在水平面做操纵运动的过程中受到的垂向力和俯仰力矩.这种"离面载荷"来源于指挥台围壳梢涡诱导的环量和指挥台之后的艇体受到的横向流动之间的相互作用.本文用求解RANS方程的方法模拟了潜艇模型的斜航拖曳试验和旋臂回转试验.文中不仅分析了这两种情况下的受力和力矩,还捕捉到了操纵运动中潜艇绕流的漩涡结构,最后对产生离面载荷的物理机理进行了讨论.     

一种新型水面无人艇操纵性试验分析

设计制作一种从艇舯向艇艉横向对称加装短翼型片体的新型自控水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)模型,开展了多种工况状态下的自航模操纵运动试验,主要包括惯性试验、回转试验和Z形操舵试验。通过分析试验数据得到的相应结论,可为新型USV艇型操纵运动性能的研究提供技术支撑和参考。     

新型油船操纵运动数值模拟

新船艇在制造之前要进行操纵性预报,而数值模拟现成为预报中一种较可靠方法。为了研究一艘新型万吨油船的操纵性,采用分离性数学模型(MMG),结合船艇粘性水动力性能特点,构建船艇操纵运动模拟模型,运用4阶龙格-库塔(Runge-Kutta)数值方法求解该微分方程。基于该综合集成方法,对该新油船在满载条件下的定常回转试验、Z形试验等自航模操纵运动进行数值模拟,并将数值模拟结果同该船的自航模试验进行比较,模拟结果与试验数值较吻合。研究表明,利用文中的数值模拟法可以有效实现该新油船操纵运动模拟和操纵性预报。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关。[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟。运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动。通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比。通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响。[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性。[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段。     

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。     

基于系统辨识的复合三体船回转模式运动分析

通过对复合三体船模回转模式运动试验,获得了回转运动数据,并将损失函数的优化过程作为辨识准则,对数据进行分析处理。针对复合三体船回转运动特性建立了回转运动的数学模型,确立了辨识的目标函数;运用遗传算法编制的VB程序对数学模型中的变量进行辨识,并预报了角速度值。对辨识结果和实验值进行了误差分析,得到了理想的预报结果,验证了该套数学模型及辨识程序的可行性。辨识结果亦可用于与船模大小相同的三体无人艇。     

基于体积力法的船舶回转运动水动力数值研究

船舶的回转性能是船舶操纵性能的一个重要方面,准确预报船舶回转运动时的水动力对于船舶的安全操纵设计具有重大意义。对照试验数据,应用计算流体动力学(CFD)方法,基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用一种便捷的描述型体积力模型代替实体螺旋桨的作用,预报船舶做单平面定常回转运动时的受力和力矩。计算结果与理论值吻合较好,研究表明应用本文所采取的体积力法数值研究船舶定常回转运动是高效、可行的。     

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。     

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。     

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。     

基于LS-SVM的船舶操纵性黑箱建模与预报研究

文章提出了基于LS-SVM的船舶操纵性黑箱建模方法,通过选取影响操纵性能的主要因素,利用LS-SVM建立了操纵性能的非线性回归模型,并利用回归模型对自航模回转试验进行了预报,通过试验与预报结果的对比分析表明,所建立的回归模型具有较高的预报精度,为船舶操纵性预报提供了一种新的技术手段。     

基于ν-支持向量机的波浪中船舶操纵运动辨识建模

本文采用系统辨识方法对船舶在波浪中的三自由度操纵运动进行黑箱建模。以KCS船为研究对象，建模所需的数据由规则波中的船模回转试验获得。分别利用原始数据及经低通滤波处理后的数据，应用ν-支持向量机进行黑箱建模。进一步地，利用所建立的模型进行运动预报，并将预报结果与真实的试验值进行比较，对所提出的建模方法进行验证。结果表明，ν-支持向量机是一种可进行波浪中的船舶操纵运动辨识建模的有效方法。     

中速艇回转性能研究

建立并求解了中速艇稳定回转的运动方程。对运动方程中裸船体和附体的水动力导数、舵作用力和力矩、多个螺旋桨对回转的影响进行了估算。以120t级渔政船为例，进行了稳定回转直径和横倾角的计算，并与实船扩式航结果进行比较。