Tuning of transfer functions for analysis of wave–ship interactions

Transfer functions are often used together with a wave spectrum for analysis of wave–ship interactions, where one application addresses the prediction of wave-induced motions or other types of global responses. This paper presents a simple and practical method which can be used to tune the transfer function of such responses to facilitate improved prediction capability. The input to the method consists of a measured response, i.e. time series sequences from a given sensor, the 2D wave spectrum characterising the seaway in which the measurements are taken, and an initial estimate of the transfer function for the response in study. The paper presents results obtained using data from an in-service container ship. The 2D wave spectra are taken from the ERA5 database, while the transfer function is computed by a simple closed-form expression. The paper shows that the application of the tuned transfer function leads to predictions which are significantly improved compared to using the transfer function without tuning.     

考虑横向漂移的船舶路径跟踪自抗扰控制

针对船舶运动系统中内部动态不确定和外部干扰等问题,进行了欠驱动船舶路径跟踪的自抗扰方法研究。利用Backstepping设计参考航向角,并通过线性扩张状态观测器对流干扰和横向运动引起的横向漂移进行估计。其次,根据自抗扰算法对航向进行控制,采用线性扩张状态观测器对外界干扰及内部不确定项进行估计。最后仿真结果表明,在风流干扰下所设计的控制器仍能使船准确地跟踪上参考路径,验证了所提控制方案的有效性。     

基于AR模型的并靠两船相对运动预报研究

根据两船相对运动的特点,利用两船模相对运动的测量数据,运用基于自回归模型的时间序列分析法,建立了两船相对运动的数学模型,并给出了运动姿态的预报值.通过本方法的研究,可以得到满意的相对运动预报精度,为两船补给波浪、补偿装置的开发打下了理论基础.     

两船并靠状态下的运动响应数值模拟研究

针对两船并靠工况复杂,各种运动相互间存在耦合的情况,基于三维势流理论和波浪的辐射/衍射理论,应用多体水动力学软件,建立了船体、护舷和缆绳的模型,开展了两船在风、浪、流作用下的运动响应数值模拟。模拟结果可作为并靠方案设计和优化的参考依据,也可为两船并靠状态下的护舷力学性能计算提供支撑。     

FLNG总体设计关键技术研究

阐述了集天然气预处理、液化、储存、外输为一体的新型海上浮式装置FLNG总体设计中的几项关键技术。提出控制船体运动性能的重要性,从主尺度选择、线型设计和典型配载工况等方面入手进行分析,确定250,000m3 FLNG船体主尺度,以确保上部生产系统高效率的正常作业。针对LNG货物围护系统,提出薄膜型(双排舱)和SPB独立舱型两种货物围护系统方案,并从上部模块支墩设置和隔离舱加热等方面对这两个方案进行比较。论述FLNG冷却海水供应系统的特点及其与常规海底门取水方法的不同之处,提出舷外海水提升泵取水的可行方案。     

海底埋设管线平管起吊运动分析

基于有限元软件OrcaFlex,充分考虑不规则波浪、海流、管土相互作用以及船舶管线耦合运动,建立海底埋设管线平管起吊模型。参考DNV-RP-F110计算埋深管道受到的土壤阻力,依据DNV-RP-C205确定相关水动力系数。通过数值模拟研究分析管线在平管起吊过程中管道的运动响应以及吊绳张力的时间历程变化,为实际海底管线平管起吊提供一定理论参考。     

深水张力腿平台非线性涡激特性及水动力性能研究

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全稳定性。该文引入雷诺平均法求解NS方程结合DES湍流模型对不同流速下深水张力腿平台三维涡激运动及流场特性进行了数值研究。采用GAMBIT软件建立计算网格,将求解动力学控制方程的代码嵌入UDF求解器中,采用动网格技术实现流场更新并求得作用于平台立柱和浮箱上的瞬时升力和拖曳力。采用最大值统计法和均方根统计法进行数据统计。研究发现:张力腿平台涡激运动流向振幅的大小随着约化速度的增大而增大,但在小范围内波动;横向振幅曲线最大值出现在0°来流、约化速度U~*=8.0处,大小为0.38D;三种来流工况流向平衡位置随无因次速度的增大而增大,但增长速度有所区别,22.5°和45°下流向平衡位置的增加速度要明显大于0°来流;22.5°来流升力系数谱能量较为分散,立柱及浮箱之间的干扰具有强非线性效应;最后对张力腿平台表面压力系数分布及涡量等值面特性进行了分析和探讨。     

水下爆炸气泡载荷作用下船体梁的动态水弹性响应

文章基于势流理论,针对水下爆炸气泡脉动载荷作用下船体梁的动态水弹性鞭状响应及其共振效应进行了研究。阐述了水下爆炸气泡与船体梁之间的流固耦合理论分析,并分别建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和一个船体梁的弹性响应的计算模型。文中以两条实船作为算例,研究了刚体运动对船体梁弹性振动响应的影响,分析了船体梁在气泡脉动载荷作用下产生的共振破坏的机理。     

基于AR-EMD方法的扩展非平稳船舶运动极短期预报AR模型

准确的极短期预报技术能够提高对船舶摇荡运动敏感的海洋特种作业安全性和效率。自回归（auto-regressive,AR）预报模型由于其自适应性强、计算效率高而被广泛应用于船舶运动的极短期预报研究。但该模型基于平稳随机假设,因而在非平稳船舶运动的极短期预报中存在困难。针对非平稳船舶运动极短期预报,文章提出一种基于AR-EMD方法的扩展AR模型,称为EMD-AR预报模型。其中,AR-EMD方法是指在经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）的过程中,采用AR预报的方法处理端点效应问题。 EMD-AR预报模型将非平稳信号分解成若干平稳的固有模态函数分量及余项,然后对各个分量分别用AR模型预报,得到最终的预报结果,以此克服非平稳性对AR预报模型的影响。研究基于船舶试验数据将EMD-AR模型与线性AR模型、非线性支持向量机回归（support vector regression,SVR）预报模型进行对比分析,结果表明,AR-EMD方法能够有效处理船舶运动非平稳性对AR预报模型的影响,提高该模型的预报精度,且EMD-AR模型预报性能较线性AR模型和非线性SVR模型更优。     

基于惯导解算与数字滤波的舰船振荡运动的分离研究

舰船在风浪激励或（和）其它因素的作用下产生六自由度的随机摇荡运动,而摇荡运动将降低舰载武器的打击精度。针对该问题,论文在捷联惯导（SINS）导航解算的基础上,提出了数字滤波的舰船振荡运动分离方法,以实时分离舰船振荡运动,并实时修正舰载武器的运动轨迹,提高其打击精度。由于惯性导航系统为避免加速度对平台跟踪地垂线的干扰而自然形成舒勒振荡,此振荡必然会引入舰船运动的导航解算结果中,因此为提取出瞬时运动,引入数字高通滤波器消除舒勒振荡。论文给出了瞬时运动定义及滤波器的实现方法,仿真结果证明了该方法的有效性。