Autonomous technologies in short sea shipping: trends,feasibility and implications

ABSTRACT

The maritime industry has been continuously transforming the nature of its business and striving to embrace technology in many aspects. In this context, autonomous technologies have been receiving momentum with a potential to revolutionise the landscape of shipping industry. After conducting a comprehensive literature review on the issues facing by the short sea shipping (SSS) industry, a model is developed to explore the potential savings of removing crew and use of autonomous technologies through a Continuously Unmanned Ship (CUS) that is operated by a Shore Control Centre (SCC). The analysis shows that autonomous technologies are viable to the challenges that the shipping industry is facing in terms of crew costs and skill shortage. To validate this statement, a case study is selected and various scenarios were tested based on relevant operational and financial considerations, including crew arrangement, cargo utilisation levels and shore wage coefficients. The results suggest that the savings occur in demand-uncertain markets and where a network of vessels are operated via a control centre. While autonomous technology use in shipping holds promise, there remain several limitations that this research addresses in terms of implementation, commercial attractiveness, risk profile, legislative, workforce planning and port operations.     

真空预压用射流泵吸水试验研究

北方港区抽真空设备中常用潜水泵功率一般为7.5 kW和5.5 kW,常用的射流喷枪主要为准50×准25（喉管直径×喷嘴直径）、准50×准22、准40×准20、准30×准20等,其中准30×准20的射流喷枪应用非常广泛。通过现场常用功率的潜水泵和常用的不同型号的射流喷枪匹配进行室内吸水试验及数据分析,认为射流喷枪面积比在3~6之间是高效区,单位时间吸水量大,形成真空负压低,单位能耗吸水量大;喷嘴直径为25 mm、22 mm,喉管直径为50mm的射流喷枪工作效率基本优于喉管直径为40 mm、30 mm的射流喷枪。准30×准20射流喷枪效率低,在真空预压施工中可能会造成资源浪费,建议不采用。     

一种双电力推进无人水面艇的非线性建模、仿真和实验

针对水面艇运动过程中的非线性因素和线性化建模方法的不足,提出了一种由直流电机驱动固定双桨的无入水面艇非线性建模方法.基于所建模型采用直接数值求解方法对无入水面艇进行运动仿真,分析船体运动的全过程.海上实验结果与仿真结果相符,验证了所建非线性模型的正确性.与经典的线性化建模方法相比,非线性建模方法能更好地对无入水面艇运动的全过程进行分析.     

深海载人潜水器外部结构设计研究

全面总结了某深海载人潜水器外部结构中的载体框架、浮力材料、轻外壳、稳定翼的设计工作,对各种外部结构在载人潜水器中发挥的作用、材料的选取、设计思想、设计载荷和安全系数的确定、强度分析与校核等方面进行了详细的论述,以便为今后建造类似的载人潜水器提供参考.     

水下无人航行器主动目标自动检测方法研究

水下主动目标自动检测是反映水下无人航行器目标探测能力的一项重要指标,混响背景下的主动目标自动检测是其中的难点之一。该文将主动目标自动检测转换为图像分割问题,先用形态学重建或低通滤波算法预处理声图,再用分水岭算法从梯度图像中分割出目标。在此基础上提出了一种自适应阈值选取方法。经过海试数据的检验,文中方法具有较强的稳定性,与传统的恒虚警算法相比,可以有效降低虚警率。     

特种半潜式无人航行器的优化设计

提出一种新型特种半潜式无人航行器方案,并对该航行器方案开展主尺度初步拟定和舱室划分等总体设计工作。基于STAR CCM+软件对该型航行器的水动力性能进行数值仿真分析,分析结果可作为推进系统设计及船型主尺度优化的依据。结合实际工程产品需求分析制约航行器推进系统设计的影响因素,分析续航力、航速、主机功率及电池质量之间的匹配关系,同时提出基于约束关系的主尺度优化方法。最后针对性能校核及数值仿真中发现的问题,提出半潜式无人航行器的进一步优化方案。     

大型半潜船球首设计及阻力性能对比分析

在船速较低的肥大型船舶上,安装球鼻艏会在很大程度上降低船舶受到的阻力,球艏对艏部型线有缓和的作用,使船舶艏部水流发生改变,减少艏底漩涡,从而降低形状阻力,进而改善船舶的水动力性能。根据设计的10万吨级半潜船船型的船模静水阻力试验情况,该船舶船首由直立型改为球鼻艏型式,通过对原型和改进后的船型的阻力试验结果进行对比,检验了新船型的减阻性能,同时对船尾伴流场进行了研究,发现船首形状改变对尾部半流场影响不大     

载人潜水器马氏体镍钢载人舱设计

载人潜水器凭借优异的深海作业与探测能力,越来越多应用于海洋开发与海底资源的勘探中。我国的“蛟龙号”与“深海勇士号”载人潜水器均使用钛合金作为载人舱的耐压结构材料,而俄罗斯“和平号”载人潜水器独创地使用马氏体镍钢材料设计与制造载人舱及其他耐压罐体。对于这种超高强度钢用于载人舱的设计制造国内尚无应用经验。对马氏体镍钢载人舱的结构设计、结构计算、规范适用性进行研究,以总结马氏体镍钢用于载人潜水器耐压结构设计与计算的经验,推进其在我国深海装备领域的应用。     

大深度载人潜水器疲劳寿命有限元分析

载人潜水器随着使用次数的增加,将有可能导致低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,必须进行载人球壳的低周疲劳寿命分析。潜水器在一些特殊的局部区域是受拉伸应力影响的,开孔处结构的特点和深水压力共同作用就产生了较大的拉应力,因此这些较大的拉伸应力在此部位易引起结构的疲劳裂纹,并且缩短使用寿命。本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立载人潜水器有限元分析模型,按极限载荷和载荷谱分别计算出的疲劳寿命,不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数和进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用。     

无人注水开发模式在旅大29-1项目中的创新与实践

针对边际油田采用无人远程注水模式海管投资较高的问题,创新无人平台就地注水工艺流程,提高注水设备和系统可靠性,升级无人平台自动化控制系统,实现无人平台就地注水,成功在旅大29-1项目得到应用.