基于AQWA的渔船排列形式对运动和系泊力响应的影响分析

渔船作为海洋渔业的重要经济载体,渔船安全一直备受关注,但极端天气下港内锚泊渔船倾覆、断缆的情况时有发生。利用水动力分析软件AQWA,分别建立的单船、双船并排与三船并排首尾锚泊模型,计算不规则波作用下首尾锚泊渔船的时域运动响应与系缆力,分析不同波高和周期条件下船舶排列形式对横摇角度和系缆力的影响。计算结果表明,双船或三船并排锚泊能有效抑制横浪作用下船舶的横摇角度;三船并排锚泊时,中间船的横摇角度会大于两侧船只;并排锚泊时,系泊力随波浪周期的增大而增大;出于渔船安全考虑,渔港内波高与波周期均较大的区域,宜采用多船并排锚泊形式。     

单船港内首尾双锚锚泊允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高的规定是参照国外规定按经验确定,缺乏有效的试验支撑。为了验证现行规定的港内锚地允许波高的合理性,以275HP拖网渔船为代表船型进行了单船首尾双锚锚泊的物理模型试验,研究了渔船首尾双锚锚泊系统在不规则波作用下的锚泊力及运动量的情况,分析了波浪入射角度、渔船载况、波高及周期对锚泊力和运动量的影响。实验结果表明,锚泊力在90°横浪作用时最大,随着载重和波高的增大而增大,随着周期的增大而减小。横摇角度同样在90°横浪作用时最大,随着载重的增大而减小,随着波高的增大而增大;当波浪周期接近渔船横摇周期时,横摇角度达到最大,随后随着周期的增大而减小。试验结果得出,在本次试验范围内,此渔船单船首尾双锚锚泊时的允许有效波高建议取为0.7m。研究结果为港内锚泊允许波高的确定以及渔船缆绳的设计提供了有效的支持。     

基于固定网格小波神经网络的不规则波中船舶横摇运动在线预报（英文）

船舶横摇运动预报对于船舶安全与作业非常重要。本文应用固定网格小波神经网络在线预报不规则波中的船舶横摇运动。该固定网格小波神经网络由离散的小波激活函数组成,其结构和参数可以基于滑动数据窗在线调整;在每一个滑动数据窗,误差下降比判据被用来从小波函数库中选择重要的小波函数项来构建小波神经网络模型,直到该模型可以较好地表达所研究的非线性系统,获得的模型一般比较简洁。预报结果表明,仅仅几个小波函数项就可以很好地捕捉到不规则波中船舶横摇运动的非线性动力学内在特性,这不仅展示了小波函数很强的非线性表达能力,也证实了所采用的建模方法对于预报船舶在不规则波中的横摇运动的有效性。     

超大型集装箱船参数横摇全面校核与安全评估

[目的]由于超大型集装箱船在波浪中稳性高的变化较为显著,对其参数横摇校核与安全评估要求较高,因此,[方法]基于参数横摇模式,针对在迎浪中航行的某10 000 TEU集装箱船,对其各个装载状况逐一并逐级进行计算。自主开发基于典型弱非线性三自由度模型的数值预报方法,对不满足第2层衡准要求的载况进行时域模拟,并综合考虑航速、波况的影响,全面探索其可能发生参数横摇的工况。[结果]根据衡准结果,得出相应的安全性评估与规避措施:降低重心高度、适当提高航速、尽量避免船舶横摇固有周期约等于2倍遭遇周期等均能有效避免参数横摇的发生。[结论]对10 000 TEU集装箱船进行的参数横摇全面校核评估能够更好地指导超大型集装箱船的总体设计,提高安全水平,具有较高的工程应用及参考价值。     

基于神经网络和随机森林的船舶横摇预测

本文针对船舶在随机海浪中的运动,通过分析海浪波能谱、海浪波倾角谱、海浪有效波倾角谱和船舶受力运动,建立随机海浪模型,并用Matlab对海浪波倾角、有效波倾角以及船舶横摇运动进行仿真实验。根据实验数据,采用BP神经网络与随机森林分别及融合预测方法对船舶横摇运动进行预测。通过船舶实际横摇与预测结果对比分析可知,BP神经网络与随机森林组合预测方法更为精准,为船舶横摇预测控制及船舶稳定平台控制奠定了基础。     

规则波六自由度回转运动预报

基于经典MMG分离式模型,考虑三自由度船舶平面运动与横摇、纵摇及垂荡运动的耦合,提出波浪中船舶六自由度操纵—耐波全运动模态的数学模型。采用经验公式估算船体力、桨力及舵力。在波浪力建模中,采用三维面元法计算不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力,并利用卡明斯脉冲响应,在计入时间效应的前提下,将频域的阻尼系数和绕射波力分别转化为时域内的辐射与绕射波力。应用该模型对S175集装箱船在规则波中的回转运动进行数值模拟,通过与自航模试验结果进行对比,验证了模型的准确性,模拟结果误差在10%以内。最后,应用该模型分别就回转轨迹和回转横摇运动讨论了操纵—耐波耦合作用的影响。结果表明：在低频波浪下,回转横摇对回转轨迹的影响效果为5%;在高频波浪下,回转轨迹对回转横摇运动的影响效果为20%。

     

加注过程液舱晃荡与运动耦合试验与数值模拟研究

加注会改变液舱内液体的质量,再加上实际水域中风浪的影响,使液舱晃荡与液舱运动十分复杂,影响船舶的航行安全和工作效率。针对该问题,在试验中通过向处于静水中做横摇衰减运动的液舱模型持续加注来进行分析,研究10°初始横倾角状态下,不同加注速度对30%载液率和50%载液率液舱的横摇频率和衰减速度及舱壁压力的影响。将试验结果与数值模拟进行对比,验证了数值方法的准确性。结果表明：加注会降低液舱横摇的频率并且加快其横摇衰减速度,载液率越高时加注的影响越明显。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报（英文）

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织（IMO）正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。     

金枪鱼围网船围网设备及系统的研究与应用

为了满足国家"提高船舶自主创新能力","发展远洋渔业和海上贮藏加工技术与设备","重点研究开发大型远洋渔业船舶"的发展规划,完成国家863项目目标,根据金枪鱼的习性特点,借鉴国际上已有的金枪鱼围网船,开发出符合中国国情、具有自主知识产权的大型金枪鱼围网渔船。同时完成了捕捞设备的研究与应用,填补了国内在此领域的空白。本文详细介绍了围网作业流程,围网设备及系统的形式、布置、性能参数、控制方式及在围网作业中的作用。     

船舶非线性横摇运动数值模拟研究

非线性大角横摇运动是危害船舶安全的重要因素,也是船舶水动力学关注的热点及难点问题。文章采用CFD方法,对某型驱逐舰船模在不同波长规则波中横浪航行时的横摇运动进行了数值模拟。通过与水池实验比对,数值仿真得到的稳定横摇幅值与实验值的误差在10%左右。同时,数值模拟证实了非线性横摇的两种典型特征—“多值”及“跳跃”现象。数值模拟结果表明,CFD方法可作为研究船舶非线性横摇运动的有效手段。     

粘性流中船舶横摇阻尼计算

船舶横摇阻尼的确定是准确预报船舶在波浪中运动的关键之一.本文以粘性流理论为基础,以连续性方程和N-S方程为控制方程.对Series 60船型的二维横剖面绕流进行了数值模拟,计算分析了不同工况下船体剖面的横摇阻尼系数,并与相关实验结果进行了比较.对比和研究表明,本文的方法能给出船舶横摇运动诱导的涡,船体的横摇阻尼等,可进一步拓展应用于船舶在波浪中运动的分析预报和优化设计等方面.     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

深V型船零速横摇改善措施

针对千吨级深V型船在高海况下其零速横摇幅值较大的问题,在拖曳水池中开展静水阻力、横摇衰减模型试验。通过求解非线性横摇方程,预报规则波中的横摇响应,采用双参数谱预报实船在4,5级海况下的零速横摇幅值。同时,对比分析舭龙骨长度、宽度、安装位置以及连续性对阻力、横摇阻尼系数及横摇幅值的影响规律。研究结果表明:在巡航速度至最大航速范围内,可获得阻力增值不超过4.5%,正横浪零速横摇幅值减小25%以上的舭龙骨设计方案,可为千吨级深V型船在锚泊状态下减少横摇幅值提供技术支撑。     

基于回声状态网络的船舶摇荡连续预报方法研究

回声状态网络（ ESNS）是一种新型递归神经网络,可通过对有限的已知样本进行训练,建立非线性模型来预报未知样本。该算法在解决非线性问题时具有一定优势。无需知道海浪的先验信息和船舶航行姿态的状态方程,仅利用实测的船舶横摇、纵摇历史数据,寻求规律即可进行实测摇荡数据的极短期预报。仿真结果表明,该算法在预报15 s以内可达到较高的预报精度,通过预报窗口的平移,可以进行连续在线预报。     

基于自适应变异 PSO-BP算法的船舶横摇运动预测

为了准确高效预测船舶在海上的航行状态,以保证人员、货物和船舶的安全,提出一种自适应变异的粒子群优化算法（self-adapting particle swarm optimization algorithm,SAPSO）,将该算法与误差反传（back propaga-tion,BP）神经网络结合。SAPSO-BP预测模型使用SAPSO算法优化BP网络的网络参数。克服传统BP神经网络对初始权值阈值敏感,容易陷入局部极小值的缺点,同时也克服了传统PSO算法早熟收敛、搜索准确度低及迭代效率低等缺点。运用该模型对科研教学船“育鲲”轮在海上航行的横摇情况进行实时预测实验,验证该方法的可行性与有效性具有较高的预测精度。     

用于船舶升沉运动估算的自适应数字滤波器

  目的  对船舶升沉运动进行预测有助于增强升沉补偿器的补偿效果,减少海浪对作业设备的干扰。为提高升沉预测模型的精度和稳定性,提出一种船舶升沉运动实时预测方法。  方法  基于带外源输入的非线性自回归（NARX）神经网络建立单海况预测模型,利用船舶系统仿真器获取母船升沉运动仿真数据,将NARX模型与卡尔曼（Kalman）模型、普通反向传播（BP）模型的预测结果进行对比。在此基础上,对单海况预测模型进行改进,建立多海况预测模型。  结果  多海况预测模型预测精度较高,且稳定性优于单海况模型,在2~5级海况下的最大预测误差均小于10⁻⁴量级。  结论  仿真结果表明,NARX神经网络对复杂海浪环境具有良好的适应性,它的预测速度和精度均优于BP神经网络和传统滤波方法,在高海况下仍可保持高预测精度。     

Influence of initial heeling angle on ship roll motion response北大核心CSCD

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。