水面舰艇作战系统的回顾和展望

  目的  舰船电子信息系统多方案优选是一个复杂的多属性决策问题。针对舰船电子信息系统的方案属性和权重信息不全、决策成员权重信息不全等问题,提出一种基于优势度测量和群体一致性的不完全信息舰船电子信息系统的方案优选方法。  方法  首先,提出不完全信息的交互准则,定义不完全信息情况下备选系统方案的绝对优势、严格优势和弱优势关系;然后,定义群体优势度指标,提出在不完全信息工况下实现备选方案全序关系的计算方法;最后,以某舰船电子信息系统方案优选为例,开展案例分析。  结果  通过群体一致性计算和迭代,形成了满足决策群成员一致性要求的优劣排序结果,验证了优选方法的合理性和有效性。  结论  研究成果可为信息不完全工况下舰船电子信息系统多属性方案优选提供技术支撑。     

1400客/2000米客滚船的结构设计分析

  目的  客滚船是一种高技术、高附加值的船型。由于其结构的特殊性,目前各国船级社还未形成统一的有关客滚船屈曲和疲劳强度的计算规范。  方法  在充分分析客滚船结构特点的基础上,基于项目组自主研发的软件,依照挪威船级社（DNV）的客滚船屈服强度直接计算规范,并参考中国船级社（CCS）有关其他船型的相关规范,对某大型客滚船舱段进行屈曲强度、高级屈曲、热点疲劳3方面的直接计算,并详细介绍直接计算前处理设定方法,  结果  结果表明,目标舱段的屈曲强度、高级屈曲强度及疲劳强度的直接计算结果全部满足规范值。  结论  研究结果对大型客滚船的相关结构分析具有一定的参考价值。     

基于局部线性化方法的瘫船稳性敏感性分析及衡准完善

  目的  瘫船稳性是当船舶失去动力后,在横风横浪状态下发生共振横摇甚至倾覆的运动模式,是公认的较危险的稳性失效模式。国际海事组织（IMO）船舶设计与建造分委会（SDC）预计将于2019年完成第2代完整稳性衡准规则定稿,目前亟需大量的样船计算以完善规则。  方法  基于局部线性化方法,对3艘集装箱船进行了瘫船稳性第2层衡准校核计算,并分析了瘫船稳性敏感性与船舶各设计参数的关系。  结果  分析结果表明,随着船舶吃水深度的增大,船舶倾覆概率将先增大后减小,并对第2层衡准的标准值选取及衡准完善提出了建议。  结论  可为瘫船稳性衡准研究提供技术支持。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

  目的  疲劳损伤是船舶工程中常见的结构损伤形式之一。江海直达船的结构要求比海船低、比江船高,还要求承受在江、海水域航行时不同波浪载荷的作用,其环境载荷复杂,结构疲劳问题有待深入研究。  方法  在某江海直达集装箱船的基础上,结合谱分析法,以若干个舱口角隅点作为研究对象,进行江海直达船的结构疲劳性能研究;参考中国沿海长期波浪载荷数据,计算不同校核点处的疲劳损伤规律,研究疲劳损伤关于各短期海况的分布差异。  结果  分析结果表明,海域疲劳损伤主要由有义波高为2.5~5 m和跨零周期为6~8 s的波浪所贡献。  结论  考虑了江、海波浪联合作用后,目标船舶的结构疲劳寿命显著增加,而对江海直达船进行结构疲劳研究时,仅考虑海上波浪环境是不精确的。研究结果可为今后江海直达船的结构疲劳设计提供依据。     

多供电模式舰船电力系统保护策略

  目的   现代船舶电力系统的信息化、自动化、智能化和安全运行的要求越来越高,传统的基于现场总线的船舶电力信息交换系统已经无法满足要求。  方法   通过Modbus/TCP工业以太网弥补现场总线的不足,并在此基础上联合船舶电力系统现场总线采集的固有数据和在线测量装置采集的实时数据建立数据中心,结合相关性理论和神经网络智能算法进行大数据分析,  结果   完成船舶电力系统动态电能质量监测与故障诊断,并用LabVIEW实现人机界面设计。  结论   通过实验室平台验证了该方案软、硬件实现的可行性。     

基于仿真的全柴联合动力装置特殊工作制联控曲线研究

  目的  当舰船柴燃联合动力装置（CODOG）因作战而导致某台主机发生故障时,如何使其保持较好的推进性能,对于该推进系统的应急使用具有重要意义。  方法  在Simulink环境下采用模块化建模思想构建“船—机—桨—舵”系统的仿真模型,提出CODOG双轴非对称主机推进的应急运行模式,并对该运行模式进行仿真。  结果  仿真结果表明：若额定工况下2台主机无法同时工作,可通过调整2部调距桨的螺距使其中一台主机在额定工况运行,另一台主机则采取部分负荷运行;若要保证高航速,应使燃气轮机产生额定功率,此时柴油机对应的调距桨的螺距应保持在最大值附近;在最高航速下可达到设计航速的84.4%,舰船的快速性要优于采用燃气轮机单轴推进模式。  结论  研究结果对CODOG动力装置的设计具有一定的参考价值。     

平整冰中破冰船操纵性能初步预报方法

  目的  为了分析冰区航行船舶与碎冰之间的相互作用,  方法  运用离散元模型结合欧拉多相流,对船舶在碎冰区域航行时船体与碎冰之间的相互作用关系进行探索。计算不同航速、不同碎冰密集度下船体的受力情况,并对冰船接触冰时的运动响应进行分析,从直观上解释碎冰阻力的变化原因,以及桨前来冰的运动情况。  结果  得出船体所受冰阻力主要是由碎冰与船体表面的摩擦和碰撞产生,并随航速的增大而增大,但当航速增大到一定值后,碎冰阻力不再增加,甚至还有减小的趋势。  结论  研究的工作可为冰区船型优化及其螺旋桨设计提供理论支撑。     

基于CFD方法的6500 TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

  目的  为深入研究舵空化时的精细流场及其非定常水动力性能的相关规律,  方法  针对某型船的桨、舵模型进行建模,采用结构化网格、SST k-ω湍流模型和流体体积（VOF）方法对舵空泡进行计算。针对舵空泡问题进行实船观测试验,将舵空泡的计算结果与实船舵空泡的观测结果进行对比,验证数值方法的可靠性。对舵空泡的周期性变化进行探讨和分析,并基于空化和非空化2种状态对3种舵角下的舵空泡进行计算。  结果  结果显示,当空化范围较小时,空化对舵力时均值的影响较小,随着空化范围的增加,空化对舵力时均值的影响明显变大,尤其是舵效显著降低;一旦发生空化,舵非定常力的脉动幅值将大幅增加,且空化范围越大,舵非定常力的脉动幅值越大。  结论  研究结果可为评估空化发生后舵的水动力性能及舵的优化设计提供技术支撑。     

基于双延迟深度确定性策略梯度的船舶自主避碰方法

为满足智能船舶自主航行的发展需求,解决基于强化学习的船舶避碰决策方法存在的学习效率低、泛化能力弱以及复杂会遇场景下鲁棒性差等问题,针对船舶避碰决策信息的高维性和动作的连续性等特点,考虑决策的合理性和实时性,研究了基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的船舶自主避碰方法。根据船舶间相对运动信息与碰撞危险信息,从全局角度构建具有连续多时刻目标船信息的状态空间;依据船舶操纵性设计连续决策动作空间;综合考虑目标导向、航向保持、碰撞危险、《1972年国际海上避碰规则》（COLREGs）和良好船艺等因素,设计船舶运动的奖励函数;基于TD3算法,根据状态空间结构,结合长短期记忆（LSTM）网络和一维卷积网络,利用Actor-Critic结构设计船舶自主避碰网络模型,利用双价值网络学习、目标策略平滑以及策略网络延迟更新等方式稳定网络训练,利用跳帧以及批量大小和迭代更新次数动态增大等方式加速网络训练;为解决模型泛化能力弱的问题,提出基于TD3的船舶随机会遇场景训练流程,实现自主避碰模型应用的多场景迁移。运用训练得到的船舶自主避碰模型进行仿真验证,并与改进人工势场（APF）算法进行比较,结果表明：所提方法学习效率高,收敛快速平稳;训练得到的自主避碰模型在2船和多船会遇场景下均能使船舶在安全距离上驶过,并且在复杂会遇场景中比改进APF算法避碰成功率高,避让2~4艘目标船时成功率高达99.233%,5~7艘目标船时成功率97.600%,8~10艘目标船时成功率94.166%;所提方法能有效应对来船的不协调行动,避碰实时性高,决策安全合理,航向变化快速平稳、震荡少、避碰路径光滑,比改进APF方法性能更强。     

基于分布式WebChart的船舶导航系统

为了提高目前WebChart信息传输与交互的效率, 分析了WebChart作为船舶导航系统需要解决的海图数据网络传输、实时获取本地导航设备数据、客户端之间信息交互等问题, 提出并构建了一种基于分布式WebChart的船舶导航系统。该系统采用数字签名和Java本机接口方法解决了WebChart对本地资源的访问, 实现了通过客户端串口对本地传感器信息的读取, 并且系统采用了分布式体系结构, 船舶用户不仅可以通过网络浏览器浏览海图数据, 而且可以在海图平台上相互可见和交互, 从而使船舶用户能够方便地通过网络实时、准确地分析和了解其周围的动静态航行环境, 获取全面的导航服务。