绕船体粘性自由面流动的数值计算

考虑自由面的船舶粘性流动计算由于其复杂性和对计算机硬伯的较高要求，只是到了最近几年才得到较大发展，而在国内尚属起步阶段。本文使用VOF方法计算了绕Wigley船型的粘性自由面流动，流模式选择了SSTκ-ω模型。计算获得了船体上波形以及船波等值线图，同时考察了三个不同横截面上的流动状况。计算得到的阻力还和发表的试验结果作了对比，结果令人鼓舞。     

Steady streaming of viscous surface layer in waves

An investigation of the drift velocity induced by water waves of a contminated surface layer is carried out. The theoretical analysis is based on a thin boundary layer on the free surface. The results of the analysis reveal that the drift velocity of a viscous layer on the water surface is 7/4 times the Stokes prediction ofc(ak) ² wherec is the wave celerity andak the wave slope. The present experimental investigation confirms the validity of the theoretical prediction for the drift velocity for a lightly contaminated surface layer; however, for a heavily contaminated surface layer, the experimental results exceed the theoretical prediction. An investigation for a heavily contaminated layer is carried out assuming an inextensible surface layer. Thus, in the experiment, vinyl sheets are used to substitute the contaminated layers. By balancing the wave-induced mean thrust force with the mean drag force, the drift velocity is obtained and compared with the experimental results. Based on the theoretical and experimental analyses, formulae for predicting the drift velocities for laminar and turbulent flow conditions are proposed.     

某6101型客车车身骨架结构动态扭转响应分析

以某6101型客车车身骨架为研究对象,应用ANSYS软件,建立了其车身骨架结构有限元模型。采用客车驶过正弦波形路面的方式模拟右前轮越障的危险工况,分析了客车动态扭转过程中瞬态响应,得到了车身危险点的位移和应力的时间历程响应。结果表明:在动态扭转工况下,某6101型客车在0.045秒时最大应力达到130MPa,为改进车身结构提供了理论依据。     

Assessing the impact of tactical airport surface operations on airline schedule block time setting

With the growth of air traffic, airport surfaces are congested and air traffic operations are disrupted by the formation of bottlenecks on the surface. Hence, improving the efficiency and predictability of airport surface operations is not only a key goal of NASA’s initiatives in Integrated Arrival/Departure/Surface (IADS) operations, but also has been recognized as a critical aspect of the FAA NextGEN implementation plan. While a number of tactical initiatives have been shown to be effective in improving airport surface operations from a service provider’s perspective, their impacts on airlines’ scheduled block time (SBT) setting, which has been found to have direct impact on airlines’ on-time performance and operating cost, have received little attention. In this paper, we assess this impact using an econometric model of airline SBT combined with a before/after analysis of the implementation of surface congestion management (SCM) at John F. Kennedy International Airport (JFK) in 2010. Since airlines do not consider gate delay in setting SBT, we find that reduction in taxi-out time variability resulting from SCM leads to more predictable taxi-out times and thus decreases in SBT. The JFK SCM implementation is used as a case study to validate model prediction performance. The observed SBT decrease between 2009 and 2011 at JFK is 4.8 min and our model predicts a 4.2 min decrease. In addition, Charlotte Douglas International Airport (CLT) is used as an example to demonstrate how different surface operations improvements scenarios can be evaluated in terms of SBT reduction.     

欠驱动水面无人艇轨迹跟踪的反步滑模控制

为解决欠驱动水面舰艇（USV）在模型不确定性、强耦合特性和控制器输入饱和情况下的轨迹跟踪问题,提出基于输入饱和的USV预定义时间跟踪控制方法。

针对USV模型具有非零对角项和强耦合特性问题,引入坐标变换,将系统模型转变为斜对角形式; 将预定义时间性能函数与障碍Lyapunov函数（BLF）结合,保证瞬态和稳态的跟踪性能;利用自组织神经网络（SSNN）降低未知外部环境扰动和复杂的连续未知非线性项以及输入饱和产生的影响,以保证控制系统的跟踪精度,并且在线调整优化SSNN的神经元数目,减少控制系统的计算负担。

基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统在预定义时间内是有界稳定的,跟踪误差始终保持在约束范围内。

仿真结果表明,所提控制策略是有效的,其具有良好的跟踪性能。

     

海上无人系统集群发展现状及关键技术研究进展

针对欠驱动无人艇（USV）自主回收的需求,提出一种基于动态规划制导的跟踪控制方法。

在运动学层面,将平行接近制导（CB）与动态窗口算法（DWA）相结合,引导USV实现目标跟踪与动态避障;在动力学层面,针对模型参数及回收环境的不确定性,采用径向基函数神经网络（RBFNN）设计动力学滑模控制器,实现对制导输出的跟踪控制。随后,采用Lyapunov理论对系统的稳定性进行分析。

仿真结果表明,所提方法使USV具备了稳定跟踪性能,可有效规避回收过程中的动态障碍,并能自适应估计模型中的不确定因素和未知的环境干扰。

所提方法展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为USV在动态环境下的回收进行制导与目标跟踪提供参考。

     

智能货运船舶研究现状与发展思考

  目的  为了解决无人船通信数据量大、传输时延高等问题,提出一种适用于无人船的软件定义网络（SDN）架构下多约束无人船网络传输路由算法（USMCRA）。  方法  通过建立SDN架构的无人船网络模型,将网络中路由选择问题转化为多约束最短路径问题,利用该算法选择合适的路由节点完成数据的传输。算法通过SDN控制器获取网络链路中的状态信息,将带宽、时延以及数据流大小作为约束条件结合Dijkstra算法设计实现。在仿真实验中通过mininet仿真平台构建无人船网络拓扑结构,在RYU控制器中添加USMCRA算法,实现网络的仿真。  结果  结果表明,该路由算法提高了无人船网络传输的效率以及传输的稳定性。相比于传统的网络架构,添加USMCRA算法的网络传输速率提高了16%左右,网络抖动的峰值控制在0.2 ms左右,实现了网络的优化。  结论  所提出的USMCRA算法为解决无人船通信数据量大、传输时延高等问题提供了一种新的解决思路。     

基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制

  目的  针对欠驱动水面船舶在轨迹跟踪控制中存在的动态不确定和未知扰动问题,设计一种自适应神经网络有限时间轨迹跟踪控制方案。  方法  利用运动学虚拟控制律变换和有界限制的方法进行欠驱动变化。在Backstepping的框架下,利用神经网络重构未知动态,并设计自适应律逼近未知扰动的上界。通过Lyapunov直接法提供严格的理论分析,以证明闭环系统所有信号都是有界的,并使跟踪误差收敛至有界的区间。  结果  仿真结果表明,所提控制方案能够使欠驱动船舶在有限的时间内跟踪上期望的轨迹,且相比传统控制方案,系统误差的收敛速度更快,误差的上、下界也更小,在面对外界未知的时变干扰时还具有良好的鲁棒性。  结论  所做研究可为船舶的轨迹跟踪控制提供有效参考,具有实际的工程意义。     

400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

基于中国高速铁路进一步提升运营速度的需求,系统研究了400 km·h^-1高速道岔号码选型与结构优化方法;基于车辆-道岔耦合动力学仿真,分析了道岔号码与平顺性的关系,并给出了号码选型建议;研究了道岔线型对动力学性能的影响,并考虑既有岔枕通用原则,提出了线型优化方案;建立了客专线18号道岔尖轨转换原型试验平台,研究了尖轨不足位移的影响因素与影响机制,提出了尖轨不足位移的控制方法;基于有限元理论,建立了道岔区轨道刚度计算模型,结合岔区钢轨动位移现场实测数据,提出了岔区轨道刚度目标取值与均匀化方案。研究结果表明：在现有车站布置方案条件下,400 km·h^-1高速道岔仍建议选择18号道岔;将400 km·h^-1高速道岔相离值增大至28 mm,可显著提升耐磨性能与使用寿命,也可实现岔枕通用;综合考虑系统匹配设计、制造工艺、工电结合要求等多方面因素,建议将第三牵引点至固定端距离减小600 mm,可减小尖轨不足位移,同时最小轮缘槽和第三牵引点牵引力符合规范要求;建议改进高速道岔辙叉结构设计方法,根据实际受力确定心轨弹性变形状态,在此基础上进行连接件与心轨转换设计;建议岔区目标刚度由25±5 kN·mm^-1减小为23±3 kN·mm^-1。     

基于智能手机图像采集方法的沥青路面表面离析评价指标优选

为优选沥青路面表面离析评价指标,室内成型了3种不同级配类型的沥青混合料车辙板试件;采用智能手机,提出了一种图像采集方法,获取了沥青混合料表面图像;基于盒子分形维数和多重分形谱算法计算试件表面二值图像的分形维数和多重分形谱指标,依托Image-Pro Plus图像处理软件提取二值图像凹形分布百分数和宏观构造宽度指标,采用室内铺砂法测试表面构造深度,计算平均构造深度来评价沥青混合料表面离析;分析了不同级配组成沥青混合料表面凹形区域分布特征,研究了沥青混合料表面离析评价指标间灰关联熵。研究结果表明：基于智能手机来获取二值图像的可靠性分析误差率不超过3%,说明基于智能手机获取试件表面图像方法具有较高可重复性;沥青混合料表面凹形构造具有显著分形特征,集料颗粒粒径越大,表面构造分形越复杂;基于图像处理方法的沥青路面表面离析评价指标与平均构造深度指标间存在线性相关性,但相关程度不一;同一级配沥青混合料表面分形特征指标计算误差范围较大,而凹形分布百分数指标误差范围最小,仅为±1.89%,且其与平均构造深度指标的熵关联度最高,为0.996 2,其次分别是多重分形谱、分型维数和宏观构造宽度指标;综合考虑推荐沥青混合料表面凹形分布百分数可作为可靠的表面离析评价指标。