船舶航行横向补给超越运动控制

为了保证舰船安全,进行航行横向补给运动控制时,需要充分考虑两船水动力干扰的影响。引入水动力干扰负载到船舶运动方程中,建立了两船航行横向补给运动数学模型,给出了运动控制算法。仿真结果表明,两船能够较好地保持期望的横向距离,从而保证了航行横向补给舰船的安全。     

磁流变技术在船舶并靠方法中的应用与实现

在船舶进行海上并靠作业的过程中,由于海风、海浪、船舶间水动力干扰等因素的存在,会产生剧烈的船舶摇荡,当摇荡运动幅度过大时,将导致两船发生触碰,存在巨大的船舶安全隐患。为了避免船舶碰撞,提高船舶作业安全性,本文对磁流变技术进行深入研究,根据磁流变特性,设计实现变阻尼补偿系统,实现了船舶摇荡姿态控制。     

静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究

[目的]为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响,[方法]基于RANS方程对静水中并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟,分析两船在不同横向间距、纵向间距和航速条件下阻力、横向力、纵向力及摇艏力矩的变化规律,并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比例。[结果]研究结果表明,两船所受横向力在纵向间距为0(即中对中)时最大,表现为吸引力;随着横向间距的增加,相互作用效应减弱,横向作用力最大降幅达到50%以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大,两船在进入与驶离补给阵位时,所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近,此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波对两船相互干扰的影响,而高速航行时则不容忽略。[结论]所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学模型的构建奠定基础。     

船间水动力相互作用建模与仿真预报

为模拟考虑自由表面影响的船舶联合运动条件下的粘性流体流动,通过控制体积法求解非定常RANS方程以及六自由度（6DOF）运动方程,同时采用VOF模型、SST k-ω湍流模型以及滑移网格建立了一种预测船间水动力相互作用行为的方法,利用该方法开展孤立Wigley船体、孤立KCS船体、相互作用Wigley船体以及相互作用KCS船体的水动力特性研究,讨论了不同速度比对船间水动力的影响规律。结果表明：本文建立的船间水动力相互作用模型与文献结果符合较好,说明本文方法可有效解决船间水动力预测问题;对于静止目标船,追越过程中目标船受到的横向力主要受船间纵向距离对其产生的影响;对于航行船舶,追越过程中相对航行速度将会对目标船受到的横向力产生影响。     

船-桥间水动力对桥区通航安全的影响研究

在桥区通航安全问题中,船舶运动过程中的受力情况与桥墩周围紊流特征息息相关,为了解船-桥间水动力对桥区通航的干扰作用,本文采用概化水槽模型试验研究船-桥交会运动过程中船桥间距对船舶受力的影响。实验研究表明,船舶行进过程中所受艏摇力矩源于桥墩周围涡体贴近船体时产生的负压区,且船舶所受艏摇力矩的最大值随船桥间横向距离的增大而减小;船体受涡体负压区的影响程度与涡体的瞬时形态相关,具有不确定性。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

两船在波浪中耦合运动的三维频域理论研究

本文采用三维势流理论求解两船在波浪中相互干扰的耦合运动。基于源分布方法，两船船体表面被划分成若干面元，在每一面元上进行等源强分布。为了验证该理论以及算法的可行性，计算了有限水深中两圆柱的水动力干扰，其数值计算结果与其他理论结果吻合较好。其次计算了两船在波浪中无航速与有航速情况的水动力干扰，其结果与单船结果以及双船试验结果进行比较。同时深入研究了纵横向间距以及航速变化对水动力干扰的影响，得出间距与航速不仅是水动力干扰的重要参数，而且对两船中的小船影响尤为重要。本文的研究提出了一种有效而又简单的方法预报两船在波浪中的耦合运动，为分析海上航行补给所涉及的水动力问题提供了有效的手段。     

几种千吨级高性能船耐波性对比分析

为了对比分析千吨级单体圆舭船型、深V船型、穿浪双体船型、三体船的耐波性能,采用二维半理论方法计算各船型在迎浪规则波中的摇荡及首中尾部垂向加速度的频率响应函数,其中应用时域格林函数求解水动力系数,应用谱分析计算各船型在不规则波中的运动有义值.结果表明,几种千吨级高性能船在波浪中的纵向运动性能均比常规圆舭船型优,其中三体船纵向运动性能最佳.计算结果可为该吨级舰船平台选型提供技术支持.     

拖轮协助液化天然气过驳作业条件下的船舶运动响应

为了研究天然液化气（LNG）船对船过驳作业中拖轮对系统稳定性影响，指导过驳作业安全开展，基于三维势流理论的数值计算分析方法，利用加盖阻尼法在两船间添加驻波抑制单元以提高船舶水动力参数的计算精度，在与同类型试验结果比较验证后，进一步开展LNG船舶在海上锚泊过驳时采用不同拖轮配置方式下的船舶水动力性能以及过驳系统泊稳性能的研究。结果表明，风浪流作用于船首条件下，在受载船配置拖轮或在两船分别配置拖轮的方式可减小两船在船长方向相对运动以及艏摇运动的幅度，形成了快速预报不同配置场景下的船舶运动以及设备受力情况的方法。     

旁靠补给系泊系统研究

本文建立一种旁靠补给系泊系统,目标船舶和补给船通过缆绳连接,两船之间设置有浮箱防止碰撞,浮箱两面均设置有护舷起缓冲作用。本文重点研究旁靠系泊系统的动力特性,并在频域和时域进行研究,频域研究中得到船舶的幅值响应算子RAO;时域研究得到两船相对位移响应和缆绳的张力最大值,通过设置不同的系泊系统组成参数等,研究各个参数对系泊系统运动稳定性的影响。本文可为未来的旁靠补给方式研究提供一定的参考,有较高的工程实用价值。     

旁靠补给系泊系统研究

本文建立一种旁靠补给系泊系统,目标船舶和补给船通过缆绳连接,两船之间设置有浮箱防止碰撞,浮箱两面均设置有护舷起缓冲作用.本文重点研究旁靠系泊系统的动力特性,并在频域和时域进行研究,频域研究中得到船舶的幅值响应算子RAO;时域研究得到两船相对位移响应和缆绳的张力最大值,通过设置不同的系泊系统组成参数等,研究各个参数对系泊系统运动稳定性的影响.本文可为未来的旁靠补给方式研究提供一定的参考,有较高的工程实用价值.     

基于时域格林函数法的船舶有航速问题数值求解

为了解决船舶以恒定速度在波浪中运动的水动力问题,文章开发了基于瞬时格林函数方法的三维时域计算程序。从数值精度和计算效率的角度出发,采用了精细时程法和一些数学上的推导计算时域格林函数的波动部分及其导数。并对Wigley型船进行了数值计算,通过水动力系数与试验数据及文献结果的比较,验证了三维时域计算程序的可靠性。     

斜壁结构的水动力收敛方法研究

在分析波浪中的船舶运动或者计算大型结构的水动力系数时,往往采用时域格林函数方法。时域格林函数的一个重要局限性在于它在计算具有倾斜壁面的水动力系数时,结果很容易发散。时域格林函数本身的奇异性以及高频振动特性显然是水动力发散的一个重要原因。但即使该奇异性通过增加粘性以及表面张力的方式使之消失,计算具有斜壁结构的水动力时,发散现象依然存在。因此,该文提出一种滤波方法,除去时域格林函数的高频部分,留下其低频部分,并定义滤波系数,从而使作用于斜壁结构上的水动力值收敛。通过文中结果与频域兴波格林函数法的比较来确定最优滤波系数。结果表明：最优滤波系数几乎与运动幅值无关,但会受到运动频率以及物面形状的影响。     

斜壁结构的水动力收敛方法研究（英文）

在分析波浪中的船舶运动或者计算大型结构的水动力系数时,往往采用时域格林函数方法。时域格林函数的一个重要局限性在于它在计算具有倾斜壁面的水动力系数时,结果很容易发散。时域格林函数本身的奇异性以及高频振动特性显然是水动力发散的一个重要原因。但即使该奇异性通过增加粘性以及表面张力的方式使之消失,计算具有斜壁结构的水动力时,发散现象依然存在。因此,该文提出一种滤波方法,除去时域格林函数的高频部分,留下其低频部分,并定义滤波系数,从而使作用于斜壁结构上的水动力值收敛。通过文中结果与频域兴波格林函数法的比较来确定最优滤波系数。结果表明:最优滤波系数几乎与运动幅值无关,但会受到运动频率以及物面形状的影响。     

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。     

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。     

停靠方式对船舶水动力性能影响的分析

针对船舶间水动力干扰问题,研究停靠方式对船舶水动力性能影响.首先,基于线性势流理论,创建WIGLEY型船与驳船船模水动力分析网格;然后,使用HydroSTAR软件进行水动力计算,比较两船并靠和丁字靠作业工况时的水动力性能,得出WIGLEY型船在不同浪向情况下6个自由度的运动规律.结果表明:在充分利用驳船遮蔽作用的情况下...     

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究

浅水中邻近两船作相对运动产生的非定常水动力相互作用对于船舶的操纵性有重要影响.文章采用动网格技术,通过求解非定常RANS方程,选取RNG k-ε湍流模型,对两船在浅水中会遇的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,计算了其水动力相互作用;通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了文中方法的有效性.在此基础上,分析了船舶在整个会遇过程中的受力特性,指出了会遇过程中船舶容易失控和发生碰撞的阶段,并通过分别对不同的船间横向间距、水深、船速和船长情况下的船-船水动力相互作用进行计算和结果分析,得出了以上四种因素对船间水动力相互作用的影响规律.     

风浪作用下船体纵摇运动对螺旋桨激振力特性影响分析

大型高速船舶在风浪中航行时会发生摇荡,导致推进效率下降,还会引发严重的螺旋桨激振力。以KCS船和KP505螺旋桨为研究对象,采用RANS方法和重叠网格技术,对无船体纵摇运动和有船体纵摇运动下的船-桨-舵系统开展了水动力数值计算分析。计算结果显示,在纵摇运动下桨盘面处标称流场的空间不均匀度基本上和无纵摇运动相当,但流场的时间不均匀度急剧增加。同时,在船体纵摇运动情况下船体阻力时均值大幅增加、螺旋桨推力时均值大幅减小。对螺旋桨水动力时域信号进行快速傅里叶分析,发现在纵摇运动时螺旋桨非定常力频谱中的峰值更加丰富,在所有峰值中以纵摇运动频率处的峰值为最大,且远大于叶频处的峰值,它随纵摇运动幅值的增大而升高。     

海上浮托安装中多体水动力相互干扰研究

基于三维势流理论,根据间接时域法开发随机海况下多体运动时域耦合计算程序,研究多体水动力相互干扰对波浪中浮体运动的影响。对随机波浪中浮托安装半潜平台时运输船与半潜平台的运动响应进行多体时域耦合计算,对比分析有无相互干扰时浮体运动时历、统计值和频谱。结果表明,由于水动力相互干扰的影响,在不同浪向中浮托安装时运输船与半潜平台各方向的运动都有不同程度的增大或减小。由于半潜平台对运输船的遮蔽效应,水动力相互干扰对平台运动的影响更加明显。同时,还研究了海浪周期对安装中浮体运动的影响,可为海上浮托安装工程设计提供参考。