基于领航者的船舶无源协调编队控制研究

  目的  由于速度测量值不可直接使用,因此针对有界环境干扰下的船舶编队控制问题,提出一种基于有限时间观测器（FTO）分布式编队的有限时间控制方法。  方法  首先,仅根据船舶的位置信息,设计一种FTO以观测其速度状态;然后,在领航信息仅局部已知的通信结构下,利用观测值和齐次法设计多船分布式编队的有限时间控制律,实现多艘船舶在有限时间内跟踪期望航迹并同时保持期望队形;最后,根据齐次性理论和李雅普诺夫稳定性判据,证明整个闭环系统的误差信号在有限时间内收敛。  结果  仿真结果验证了所提出的有限时间编队控制方法相比于传统渐近收敛的编队控制方法,可以为多船编队提供更快的收敛速度、更高的控制精度以及更强的抗干扰能力。  结论  研究结果可为多船编队的控制提供借鉴。     

螺旋桨吸气及其水动力性能

  目的  为探究螺旋桨吸气带来的危害,在船舶设计阶段考虑防止螺旋桨产生吸气现象,开展CFD数值模拟研究。  方法  计算不同浸深比和进速系数下某螺旋桨模型的水动力性能,分析螺旋桨吸气现象的特点及其推力和扭矩变化,以及对比桨叶非定常载荷的变化。  结果  结果显示：浸深比h/D=1.0时,螺旋桨未产生吸气现象,其推力和扭矩无明显变化;浸深比0.6≤h/D<1.0时,螺旋桨受自由液面的影响,其推力和扭矩有一定的降低;浸深比h/D<0.6时,尤其在低进速系数时,螺旋桨产生了明显的吸气现象,其推力和扭矩显著下降。  结论  研究表明,当浸深比较小、进速系数较低时,螺旋桨容易出现吸气现象,并伴随着推力和扭矩的突变及桨叶受力脉动增大。     

水下航行体X 型正交舵控制参数设计研究

  目的  为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。  方法  操舵控制系统采用“主控制器—控制分配器”级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法（WLS）问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。  结果  仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。  结论  所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术研究进展

  目的  为满足深海冰区海洋核反应堆安全工作的要求,设计冰区核电平台与弹簧阻尼连接机构。  方法  利用三维势流理论及刚体动力学理论建立平台与连接机构的仿真模型。计算平台所受弹簧阻尼力,研究连接机构刚度、阻尼系数特性,选择最佳方案。应用离散元法进行冰载荷数值模拟,通过计算试验椎体所受冰载荷,验证该方法的准确性。研究浪、风、流或海冰、风、流环境载荷联合作用下平台的运动响应。  结果  结果显示,平台系泊于深海冰区可远离海啸的影响,环境承载平台能较好抵抗冰载荷;在连接机构与系泊系统的作用下,核堆支撑平台可抵御福岛核泄漏事故最大海啸波高与17级超强台风的联合作用;在北海万年一遇风暴作用下,核堆支撑平台的水平位移与水深之比、垂荡与纵摇响应及垂向加速度均小于海上浮动核电平台（OFNP）。  结论  核电平台与连接机构的设计可保证应用于深海冰区的核堆的安全稳定。     

基于CFD和试验的襟翼帆设计研究

对远洋船舶利用风能的特点进行了分析,设计了一种带有缝翼和襟翼形式的襟翼帆,来提高船舶风帆的升力。首先,对该襟翼帆模型的大量参数进行仿真优化,得出了不同参数对模型空气动力学特性的影响规律,并确定了该模型较为理想的参数值,仿真条件下该模型的最大升力系数在2.75左右;然后,对缩小后的模型进行风洞试验,该模型试验的空气动力学特性与仿真吻合较好,最大升力系数在2.52左右(在允许误差范围之内);最后,给出了在海况条件下该模型的相关仿真和实验控制特性曲线图,两者基本吻合,进一步证明了设计的准确性。     

圆锥类管道相贯(岔管)的计算机辅助展开

圆锥管道正交相贯构成的岔管,在水电站的压力钢管分支中经常遇到。本文探讨了此类管道相贯线求解方法,并给出了CΑD中的展开实例。     

长周期波浪作用下顶宽对抛砂潜堤稳定性的影响研究

非洲西北岸线,常年遭受来自北大西洋的涌浪袭击,其长周期的波浪特性和作用效果,尚未有全面的认识和研究。通过物理模型试验,再现了长周期波浪作用下抛砂潜堤的平衡过程,对比了不同顶宽情况潜堤稳定断面形态的影响,分析了影响的主要因素。     

赣江南昌河段设计水位分析

南昌河段位于赣江(南昌—湖口)航段上游。近期受人为因素影响,河段河床、水流特性发生较大改变,致使设计水位发生一定变化。为合理确定设计水位,根据近期河床演变情况及外洲站水位流量情况,采用综合历时法、频率保证率法、水位流量关系法进行了对比分析。结果表明:设计最高通航水位近期变化不大,宜采用频率保证率法确定;设计最低通航水位逐年下切明显,宜采用水位流量法确定。     

基于SPA的船用柴油机热工故障诊断研究

船用柴油机热工参数蕴含着大量的故障信息,外界干扰小,诊断范围广,具有很好的诊断价值。本文将集对分析应用到柴油机热工故障诊断当中,介绍了集对分析(SPA)的基本理论,在此基础上,建立了基于SPA的柴油机热工故障诊断模型。再利用4190型船用中速柴油机AVL BOOST工作过程仿真模型,进行故障仿真计算,提取了13类热工参数进行分析,获取了基准故障集和待检工作状态集,验证了模型的准确性;同时证明了集对分析在柴油机故障诊断中的可行性,为柴油机故障监测和诊断提供了新方法。     

越浪的湍动及流场分析

越浪一直是波浪水动力问题的一个难点,原因在于其形成受到多种强非线性现象的作用。应用一种新型数值波浪模型(0-1BEM+VOF耦合模型)对越浪过程进行研究分析,并探讨了湍动动能、动能耗散率及流场在周期内的变化趋势。