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。     

基于重叠网格的船模停船操纵CFD数值模拟

[目的]随着国际航运业的迅速发展,港口和航道变得日益拥堵,研究大型船舶的停船性能对于航行安全至关重要。[方法]使用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,以及船舶六自由度运动和带桨多级物体运动求解模块,采用重叠网格技术,对带桨KVLCC2船模进行紧急停船操纵数值模拟。首先,控制螺旋桨转速,使船模达到稳定自航状态;然后,在某时刻控制螺旋桨倒转,以达到紧急停船操纵的目的。通过对全粘性流场的整体求解,给出船模自航以及停船操纵过程中的运动状态和细致流场信息,分析倒车效应产生的原因,并将数值预报结果与相关试验数据进行对比验证。[结果]结果显示,数值预报结果与相关试验数据间误差在5%以内,证明采用naoe-FOAM-SJTU求解器对船舶倒车停船操纵问题进行数值预报是可靠的。[结论]所采用的方法可针对停船问题为船舶前期设计和操纵方式的选择提供参考。     

倾斜河岸水域沿岸斜航船舶水动力数值计算

以集装箱船KCS船模为研究对象,采用基于雷诺平均纳维尔-斯托克斯方程求解的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对在倾斜河岸水域沿岸匀速斜航船舶的黏性流场进行数值模拟并计算船体水动力,计算中基于低速假设忽略自由面兴波的影响。通过对不同水深和河岸倾角进行计算,分析这些因素对船舶所受水动力的影响,得到船舶所受横向力或转艏力矩为0时的漂角。该研究可为船舶在相关限制水域进行操纵与控制提供指导,以保证其安全航行。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

浅水域中船舶的操纵运动仿真研究

研究船舶在浅水中的操纵与控制是船舶航行安全的一项重要课题。根据势流理论,以某型船舶为仿真实体,进行仿真建模,通过对船体进行网格划分,基于不同船体网格模型进行浅水域的操纵性计算。研究结果反映出该型船舶在浅水域的操纵特性,为该型船舶在浅水域的操纵提供科学依据,同时对其它船型的操纵性研究具有一定的借鉴意义。     

基于雾计算的航道流场实时态势感知

参照雾计算的基本原理,通过对传统航标进行技术改造,应用物联网、雾计算技术,能够使其成为提供新型服务的海上通信基础设施之一。基于雾计算的航道流场实时态势感知,通过雾计算接入网(Fog Radio Access Networks,F-RAN),整合新型航标、物联网设备、附近水域的航行船舶等集群节点的可用计算资源,对分布式传感器的大量数据进行实时计算,生成航道附近水域流场的通用态势图,特别是可能出现流切变、横流较大等重要航段的流场数据,实时发布给附近水域航行的船舶,以提前做好预判并采取适当的操纵应对措施,保障航道内的航行安全,提高船舶航行安全系数。     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

基于大型操纵模拟器的甬江(口)水域通航安全分析评估

甬江(口)水域,历年来船舶靠离泊期间碰撞、触损和险情多发;内航道频发搁浅事故。本文基于船舶流量实测数据,经统计分析,并借助大型操纵模拟系统实现船舶交通模拟,对该水域的通航安全进行全方位的分析与评估。     

基于RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素，以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论，采用雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）相结合的方法进行数值求解，并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明：用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率，在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好；船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加，并且与船体湿润面积呈正相关；船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。     

基于支持向量回归机的船舶操纵运动在线辨识建模

采用滚动时间窗的方法实现支持向量机的在线辨识。以船舶操纵运动响应模型为研究对象,并由10°/10°和15°/15°仿真Z形试验数据构造支持向量机参数辨识所需的训练样本对,应用支持向量机进行船舶操纵运动在线辨识建模,回归操纵运动响应模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行Z形试验的数值模拟。将Z形试验数值模拟结果同仿真Z形试验数据进行比较,结果表明,在线式支持向量回归机是一种进行船舶操纵运动在线辨识建模的有效方法。     

基于支持向量回归机的船舶操纵运动在线辨识建模

采用滚动时间窗的方法实现支持向量机的在线辨识。以船舶操纵运动响应模型为研究对象,并由10°/10°和15°/15°仿真Z形试验数据构造支持向量机参数辨识所需的训练样本对,应用支持向量机进行船舶操纵运动在线辨识建模,回归操纵运动响应模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行Z形试验的数值模拟。将Z形试验数值模拟结果同仿真Z形试验数据进行比较,结果表明,在线式支持向量回归机是一种进行船舶操纵运动在线辨识建模的有效方法。     

超大型船舶受限水域航行风险评价

鉴于超大型船舶在受限水域航行风险评价不确定性的特点,运用证据理论建立了超大型船舶受限水域航行的风险评价指标体系和风险评价模型,并将其运用在RAMBLER CHANNEL评价中,运用大型船舶操纵模拟器进行了超大型船舶在RAMBLER CHANNEL模拟航行操纵试验,结果表明评价模型具有实用价值。     

洋山深水港船舶航行模拟研究的船型研究

在洋山深水港区一期工程的初步设计过程中，涉及到航道宽度、航道水深、回旋水域等基本数据的确定。笔者采用船舶操纵模拟器进行航行模拟研究，根据洋山深水港设计规划和集装箱船舶的发展趋势，通过研究、分析、比较，选择最合适的船型，尤其是船舶主尺度和船舶吃水等基本数据，为洋山深水港区一期工程的初步设计提供科学的依据。     

试论狭水道船舶操纵技术——以长江水域为例

随着城市经济的不断发展,提高了船舶物流的工作量,并且承担了大部分航运工作。船舶不仅可以提高社会的经济,并且也可以成为航运企业中最主要的运输渠道,但随着运输不断的扩展其对狭水道船舶的操纵也提出了更高的技术操纵需求。本篇文章对长江水域狭水道船舶操纵的特征以及操纵技术的要领进行了研究,通过基础的了解后,得知了长江水域狭水道船舶操纵需要注意的事项以及怎样的操纵才能保证运行的安全。     

江都散货泊位船舶操纵仿真模拟研究

拟建江都散货泊位工程水域附近流态复杂。为保证进出港船舶和靠、离泊作业船舶的安全,需要对拟建工程进行模拟仿真研究。根据实地拍摄视景图片和定位,制作出码头附近的三维视景库,利用当地实测地形资料和相关资料,制作出包括码头设计尺寸、航道的三维地形图和视景图及电子江图,运用水流模拟软件进行模拟和验证,建立了6自由度的设计船舶模型,根据不同风、流组合条件,进行了模拟航行和操纵试验,得到试验数据和模拟研究结论。本次模拟研究,首次使用专业水流模拟软件,结合大型船舶操纵模拟器进行试验,使结果更加具有参考价值和科学依据。     

浅水域对瘦长型舰船操纵性的影响

研究浅水对瘦长型舰船操纵的影响是舰船航行操纵的一项重要课题。根据势流理论,以某型船舶为仿真实体,基于不同船体网格模型。采用MSC—Patran对船体进行网格划分,进行了浅水域的操纵性计算与仿真.所得结果能够较好反映瘦长型船舶在浅水域的操纵特性,     

通航安全评估中船舶操纵模拟试验方法的应用

结合开展码头工程通航环境安全评估的专题研究工作,探讨船舶操纵模拟试验方法在码头工程通航环境安全评估中的应用,该方法主要包括通过船舶操纵模拟器的模拟试验获取的模拟船舶运动参数和运动轨迹,应用航迹带宽度、潜在操船水域、效用函数和靠泊操纵危险度等概念,对拟建码头工程所需的航道宽度、船舶回旋水域和靠泊操纵的安全性进行分析和评判。实际应用表明,该方法能客观、合理地分析与评估码头工程的通航安全,具有较好的应用价值。     

基于模拟器的宽水域船舶碰撞危险性评价模型

航海模拟器训练中，系统能对船舶危险性和训练者操纵水平自动地进行评价一直是亟等解决的重要课题。本文应用海上避碰知识和模拟集理论，通过对宽水域多船会遇避碰行为进行分析。提出了基于DMU开发的大型船舶操纵模拟系统的宽水域船舶碰撞危险性实时评价模型。     

基于船舶操纵模拟的某海港码头港内水域布置优化

针对自然水深不足且较为复杂的港内水域,仅仅依据规范条文提出的设计方案不能完全满足船舶港内作业的需要。文章结合某工程实例,应用船舶操纵模拟试验,研究了船舶港内作业对于港池水域的要求,根据试验结果对港池水域布置方案进行了优化。     

船舶在浅水域横向停靠运动粘性水动力计算

研究船舶在浅水域的低速横向漂移运动对研究船舶停靠运动特性具有重要意义.船舶停靠通常是一个低速慢漂的过程,在这个过程中,由于船舶特定的运动形式和几何形状,粘性水动力起主要作用,而兴波很小,其影响可以忽略,可以将自由面作为刚壁处理,从而使问题简化并大大减小数值计算的计算量.文中以标准Wigley船型为对象,对船舶在浅水中横向漂移运动的粘性流场和水动力进行了计算.为了得到准确、稳定的计算结果,分别选取了不同的计算区域、网格数量和湍流模型进行计算,并将计算结果与他人的计算结果和模型试验结果进行了比较,确定了模拟船舶低速停靠运动粘性流场的有效的数值方法.