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。     

基于实航数据驱动的无人艇操纵运动辨识建模

为快速构建符合海洋航行器实际运动特性的操纵运动模型,开展基于“精海”无人艇实航湖试数据驱动的无人艇操纵运动辨识建模研究。无人艇操纵运动辨识建模的框架以非线性水动力模型和推进器经验模型作为先验知识约束,利用随机舵角序列激励下的航行数据作为训练集,采用支持向量机回归方法完成建模过程,着重探讨了在环境干扰下构建艇体动力学模型的可行性。结果表明,所提出的方法能够快速构建具有非线性特性的无人艇操纵运动模型;先验的模型结构有效降低了实航数据中浪和流的影响,构建的模型能够有效预测回转、Z形等操纵运动的状态变化,具有良好的泛化能力。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型。通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型。搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验。将仿真数据与Force Technology公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要。     

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。     

POD推进方式的大型船舶运动模型仿真

以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的,基于MMG分离建模思想,依据船舶运动的状态建立基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型。然后将模型进行仿真,通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度,再对船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和Z形操纵运动仿真,软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似。表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态,对基于POD推进方式的船舶运动研究有较深远意义。     

滑行艇旋臂试验及其操纵性计算预报

根据滑行艇Ｆｒｏｕｄ数高、排水量小的特点，采用约束模旋臂试验加性预报方法研究该艇操纵特性，考虑到该艇回转时具有较大的横倾，本艇操纵性预报的数学模型，采用纵向、横向、回转和横摇的４个运动方程，其中船体水动力采用该艇模型旋臂试验结果。文中给出了６种工况下回转及Ｚ形机动的计算结果，并由此评价该艇操纵性能。     

某特殊船型的操纵性模型试验研究

通过在露天操纵性水池里,对某一自带一个长度约为2/3水线长坞舱的特殊船型自航模进行的回转、Z形和航向稳定性试验,研究了这类船型的操纵性能,特别研究了湿坞是否导致船操纵性能的恶化.作者分别对自航模在干坞和湿坞两种不同状态下进行了对比性试验.研究结果表明湿坞状态自航模回转性能和航向稳定性均优于干坞状态.     

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。     

波浪中船舶操纵性预报

本文通过四自由度操纵运动数学模型,对某工程船舶在静水中和波浪中的Ｚ形运动和回转运动进行预报,并由自航模操纵性试验验证。本文还分析了波高Ｈｗ波长船长比λ／Ｌ,船速Ｕ和操舵角δ诸因素对该船在波浪中的操纵性的影响。从结果显示可知计算和试验结果是比较吻合的,所提供的计算方法适用于船舶静水中和波浪中的操纵性能预报。     

气垫船操纵运动建模与仿真

较详细地论述了有关气垫船操纵运动的建模方法和过程,给出了仿真流程,并对弗劳德数0.456～1.064、舵角 -10°～-20°、风速0 kn～25 kn、风向0°～360°范围内的回转运动进行了实时仿真试验,给出了典型的仿真实验结果,分析了气垫船操纵运动过程中的侧漂、内倾以及风力的影响等.该模型已成功应用于半实物仿真及分析 .     

基于支持向量回归机和粒子群算法的船舶操纵运动模型辨识

基于仿真的Z形试验数据,应用支持向量回归机对船舶操纵运动响应模型进行了机理建模,从核函数结构中得到了模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行了Z形试验的运动预报,同时引入粒子群算法对惩罚因子C值进行寻优,以减少惩罚因子C值选择的任意性对船舶操纵运动模型辨识精度产生的不利影响。通过将运动预报结果同仿真试验数据进行比较,验证了文中方法的有效性。     

船舶拖带情形下的操纵性试验研究

在露天操纵性水池中对某船自航模在未拖带及以不同拖缆长度拖带时进行回转、Z形和航向稳定性试验,研究拖带对船舶操纵性能和航向稳定性能的影响,试验结果表明,拖带下船舶的回转性能和航向稳定性能将会发生显著的变化。