深海半潜式平台不同构型的运动性能

深海半潜式平台的运动性能预报是平台方案设计阶段的重要工作,而平台性能的优劣主要取决于水下的浮体构型.通过对国外主推的半潜平台设计方案进行构型特点分析,分别对立柱、连接横撑以及下浮筒进行多方案设计,共组合得到8个平台设计方案.应用数值方法首先对A1方案完成性能计算,并与该平台的模型试验结果对比,验证了理论预报的可靠性.基于该理论方法,分别完成了8个平台方案的系列水动力性能预报,并采用指标权重法得到了各个平台方案的综合运动效能,通过对比分析,明确了不同构型对于运动性能的影响规律.研究表明:浮体构型对于半潜式平台的运动性能有较大影响,且尖角型浮筒、变截面立柱及圆管型横撑的构型具有更优的综合运动性能.

     

波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证

基于统一理论,考虑横荡、纵荡、艏摇平面三自由度操纵和横摇耦合,建立四自由度模型,按照MMG模型将船体上的力分为船体力、螺旋桨力和舵力,采用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶在波浪中的操纵性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过对比仿真数据与自航模试验数据,验证了模型的准确性。预报了在不同波浪工况下的船舶操纵性,验证了二阶力是船舶回转漂移的主要原因。比较了不同波高对船舶在波浪中操纵性的差异,研究结果表明:波高越大,船舶回转的纵向和横向漂移越明显,并且Z形试验中的第1超越角和达到时间越长。

     

高精度快速非线性离散跟踪微分器

针对船舶在海上作业时动力定位控制系统需要精准定位的问题,提出基于改进跟踪微分器的自抗扰控制器,解决线性自抗扰控制器由于省略跟踪微分器而降低系统动态性能的问题。结合线性与非线性跟踪微分器的优点,设计能够较好跟踪微分信号,且能降低噪声对系统影响的改进跟踪微分器,从而构成新型线性自抗扰控制器。仿真实验结果表明,相比于传统的线性自抗扰控制器,基于改进跟踪微分器的LADRC有较强的鲁棒性和自适应性,且超调小、响应快、抗扰能力强。     

过饱和状态干线协调控制策略适用性研究

续进式绿波协调和同步式绿波协调,均为经典干线协调控制策略。我国传统使用的续进式绿波协调策略,已无法满足高饱和度交通流的需求,甚至会对复杂多变的交通状况产生负面影响。续进式绿波控制在过饱和状态的失效机理,是由于续进式协调控制中上游交叉口先放行,当下游交叉口排队未完全消散时,导致上游绿灯初期放行车辆的二次停车,造成延误增大甚至排队溢出。过饱和状态时,同步式绿波协调更有利于车辆连续不间断地通过交叉口群,车速越高则绿波带越宽,控制效果越显著。以此为基础,基于 Vissim 仿真的建模分析,对比分析了不同交通饱和度,尤其是过饱和状态下,2种干线协调控制策略效果,并对结论进行了实例验证。     

箱体式活动沙障风沙流场特征

研究在野外调查的基础上, 采用计算流体力学三维数值建模方法并结合室内风洞试验, 分析了箱体式活动沙障在孔隙率与风速变化作用下的控沙特点及其周围风沙流场的演化过程。分析结果表明: 在沙障的控制下, 顺着风向在沙障前后依次出现减速区、减速上扬区、加速区与障后涡流区, 在沙障腔体内形成明显的腔内减速区与涡流区, 过境风沙流在沙障的减速区、障后涡流区与腔体内发生沉落, 可见箱体式活动沙障发挥了控沙作用; 随着风速增大, 障前减速上扬区高度增大, 但沙障迎风侧孔隙率的变化对减速上扬区高度没有影响; 当沙障迎风侧横板孔隙率小于5%时, 对来流的消减效果显著, 积沙在沙障前卸载, 不能充分发挥沙障背风侧涡流区的控沙作用; 当孔隙率大于25%时, 沙障能够充分发挥控沙作用, 在沙障的迎风侧、背风侧与腔体内都有积沙卸载; 当孔隙率继续增大至30%时, 沙障控沙效果没有明显提高; 选定孔隙率为30%条件下, 随着风速的增大, 沙障后积沙增加, 沙障腔体内积沙减少, 而沙障迎风侧积沙出现先增加后减少的变化趋势。     

新概念穿梭艇自航模操控系统试验研究

自航模试验是研究船舶性能的有效手段。针对新概念穿梭艇,设计一种自航模操控系统。该系统包括岸上操控系统和船载自航控制系统2部分,利用无线局域网完成岸上操控系统与船载自航控制系统之间的通信;执行机构配备传感器获取反馈数据,驱动器采用成熟的可编程元件;使用Python语言编写下位机和上位机软件。将系统成功应用于新概念穿梭艇的自航模试验中,试验表明所设计的自航模操控系统可以减小开发工作量,操作方便,可扩展性和可移植性强,能够反映新概念穿梭艇的操纵性能。最后经与船模拖曳水池试验结果进行对比,证明所设计系统应用于自航模试验时能够有效获取可靠数据。     

桩靴支护结构对桩端极限承载力的影响

以渤海湾\     

船舶吊舱SSP推进电机的无模型自适应矢量控制方法

考虑具有不确定动态和航行中负载变化与海况干扰的船舶吊舱SSP推进电机控制问题, 提出了一种无模型自适应矢量控制方法, 推导了SSP推进电机的动态线性方程, 设计了基于速度跟踪误差无模型自适应矢量控制器和进行了收敛性证明, 在线调整伪偏导数, 保证了推进电机控制系统跟踪误差一致有界, 并对比了无模型自适应矢量控制器与自整定PI矢量控制器的控制性能。计算结果表明: 基于复合无模型自适应矢量控制的SSP推进系统在恶劣海况下转速平均振荡小于6 r·min^-1, 转矩平均振荡小于8.20×104 N·m, 机动航行时对应的值分别小于7 r·min^-1与1.08×105 N·m, 而采用自整定PI矢量控制时, 在恶劣海况下转速平均振荡达到13 r·min^-1, 转矩平均振荡达到2.13×105 N·m, 机动航行时对应的值分别达到12 r·min^-1与2.81×105 N·m, 因此, 复合无模型自适应矢量控制下的转速与转矩抖动和稳态运行静差较小, 具有良好的动态响应。     

内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型

针对码头集卡集中到达引起的拥堵问题, 提出了基于内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型, 建立了休假式排队系统, 设计了基于遗传算法的求解方法, 并利用算例验证了模型与算法的有效性。分析结果表明: 内部集卡在堆场的计算平均等待时间为14.31 min, 实际平均等待时间为15.11 min, 外部集卡在堆场的计算平均等待时间为20.65 min, 实际平均等待时间为21.55 min, 计算值与实际值相差较小; 预约优化后外部集卡在堆场的平均等待时间由20.65 min缩短为16.85 min, 码头集卡的平均等待成本由29.3元降低为24.1元。休假式排队可有效描述码头内部集卡和外部集卡的特征。可见, 集卡预约优化模型能有效降低码头集卡的等待成本与等待时间, 建议对集卡进行管理时应优先考虑减少内部集卡的等待时间。     

混合式航空货运网络优化

为了优化具有点-点式与轴-辐式混合特征的航空货运网络, 基于航空货运企业的OD流量, 构建了双层优化模型。上层模型以货运企业总运输成本最小为目标, 优化航空货运网络结构与配置运力, 下层模型计算均衡状态下各航段上的货物流量。选取顺丰航空服务的14个城市的相关数据对双层优化模型进行验证, 以设置4个枢纽机场为前提, 分别对使用4、5、6架全货机的货运情况进行分析。分析结果表明: 3种情况下北京、上海、南京、深圳4个机场均被设置为枢纽机场; 当使用4架全货机时, 全货机分别被安排在北京-南京、北京-深圳、上海-深圳、南京-深圳的航段上, 4个枢纽机场的快件中转率分别为24.3%、24.2%、47.8%、14.9%, 南京机场的快件中转率最大, 深圳机场最小; 当使用5架全货机时, 第5架全货机被安排在北京-上海航段上, 其余4架全货机的航段没有变化, 4个枢纽机场的快件中转率分别为38.6%、50.9%、44.3%、11.9%, 上海机场的快件中转率最大, 深圳机场最小; 当使用6架全货机时, 各枢纽机场间的航段上都有全货机, 4个枢纽机场的快件中转率分别为38.5%、74.0%、79.5%、10.2%, 南京机场的最大, 深圳机场的最小。可见, 南京是典型的中转型枢纽城市, 而深圳是典型的腹地型枢纽城市; 货运需求大的城市的机场易被确定为枢纽机场; 枢纽机场与非枢纽机场都可能中转货物; 距离较近的2个机场可能会同时被确定为枢纽机场。