UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

基于“马赛克战”的水下有人-无人作战使用探讨

通过对“马赛克战”概念的背景和特点进行分析,提出基于马赛克的水下攻防作战运用构想,构建基于马赛克的水下有人-无人作战网络,分析多域背景下水下OODA作战网络的构成,利用OODA作战环理论对水下马赛克作战网络作战能力进行分析,并提出水下马赛克作战网络对抗单个平台和对抗作战网络的使用方法。最后,从通信组网、集群使用、人工智能、察打一体等4个方面对“马赛克战”概念下水下无人航行器装备使用提出建议。

船舶模块化建造关键技术研究

随着科学技术的进步和船舶需求量的增长,船舶建造模式逐步进入了以中间产品为导向的模块化建造模式。相比原传统的建造模式,模块化建造模式下增加了大量中间模块舾装及建造的环节,既包含了区域或功能模块的组装成型、进舱安装,又包括大型分段或总段模块的结构建造、预舾装以及合拢的整体过程。船舶模块化建造技术更为复杂。模块化建造技术是实现模块化造船的前提,本文在分析船舶模块主要类型的基础上,研究了船舶模块化建造流程及其关键技术和措施,为提高模块化造船水平提供参考。

基于二重威布尔混合分布的某型燃机燃油泵组件可靠性分析

燃油泵组件是机电一体化的产品,其在使用中获得的故障数据存在不同失效机理的情况,因此一重威布尔分布无法准确描述产品失效机理,而混合分布通过将多种失效分布进行耦合,能够充分描述产品失效机理。本文将二重三参数威布尔混合分布模型应用在舰船发动机附件故障分析中,基于某型燃机燃油泵组件的故障数据,通过数据分析直方图确定故障模型与模型初始化参数,通过Matlab非线性曲线拟合方法来估计二重三参数威布尔混合分布的参数。研究方法及成果能够为燃油泵组件可靠性分析及优化改进提供一定的借鉴。

基于深度学习的水下目标识别技术

在水下复杂场景下,目标对象具有姿态不同、遮挡和背景复杂等特点,这对卷积网络的特征提取能力提出巨大挑战。Mask R-CNN算法在水下目标特征提取过程中也存在特征提取能力欠佳的问题,导致算法在水下目标检测准确性较差。因此,提出一种基于Mask R-CNN的改进水下目标目标识别方法。首先可采用金字塔切分的通道注意力模块PAS代替采用了ResNet50的3×3卷积模块,该模块可通过对每个通道进行金字塔的切分,针对通道切分完成后所得出来的通道特征图上的空间信息来进行不用的尺度特征层提取;同时通过采用另一种更加安全稳定和高效的ECANEt通道注意力模块代替PAS模块中的SENet通道注意力模,对多维度的通道注意力权重进行特征重标定;最后对特征金字塔FPN的网络结构进行改进,加强不同特征层之间的信息融合。根据不同场景下进行的实验对比,改进后的网络能够提高水下目标识别的准确率,平均检测精度可达91.3%。本文所提出的改进Mask RCNN网络模型,能够适应水下复杂多变的场景,为水下目标的识别提供理论依据与技术方案。

实船试航中不同浅水效应修正方法的对比分析

船舶航行时,当水深吃水比小于4或水深傅汝德数大于0.6时,会出现“浅水效应”。在实船测速试验中,需要对浅水效应进行适当修正,才能准确评估船舶的航速。目前常用的船舶浅水效应修正方法有Lackenby方法和Raven方法。本文介绍了这2种方法的基本原理和适用条件,并基于9艘船舶的实船测速试航数据,对这2种方法进行计算和比较,并分析2种方法对实船航速修正结果的影响,可为我国船舶测速试航及航速修正提供参考。

基于云计算的舰船通信网络动态负载均衡控制方法

针对舰船通信网络通信环境复杂、用户需求不确定、影响通信均衡性等问题、提出基于云计算的舰船通信网络动态负载均衡控制方法。利用Ryu控制器获取监控舰船通信网络状态,获取网络负载。创建云计算平台虚拟机,实现执行舰船通信网络动态负载均衡任务调度任务。选取最高迁移概率的物理机结果作为云计算平台虚拟机迁移结果,通过虚拟机的迁移与关闭操作,更新虚拟机的综合权值,实现舰船通信网络动态负载均衡控制。实验结果表明,该方法可实现舰船通信网络的动态负载均衡控制,负载均衡度高于0.7,可有效提升舰船通信网络的资源利用率。

广域网环境中舰船通信网络信息安全传输方法

为满足舰船在广域网环境的安全通信需求,提出广域网环境中舰船通信网络信息安全传输方法。基于云计算技术构建具备信息调度的舰船通信网络信息安全传输模型,并针对舰船通信广域网环境存在的来自不同方向的通信干扰源、信号衰减和噪声干扰,结合噪声消除算法进行舰船通信网络信息传输抗干扰设计,降低外界干扰影响;针对舰船通信广域网环境中实时信息在传输过程中面临的攻击、窃听、截取等多种安全威胁,采用双混沌互反馈加密方法完成舰船通信网络传输信息加密,保障信息在广域网环境下安全传输。实验结果表明,该方法可显著提升舰船通信速率,在不同干扰类型下均表现出良好的抗干扰性能;加密后信息可成功掩盖原始数据分布特征,保障传输信息安全性。

船舶交通数据实时传输可靠性评估系统

为保障船舶交通数据实时传输的可靠性,设计船舶交通数据实时传输可靠性评估系统。从网络条件、节点设备、环境因素与网络管理4个主要方面出发选取评估指标,构建船舶交通数据实时传输可靠性评估指标体系;采用基于三角模糊数的模糊层次分析法计算评估指标的权重值;将各评估指标与对应的权重值形成并进行汇总,由此得到最终船舶交通数据实时传输可靠性评估结果。实验结果显示,该系统能够获取准确的评估结果,且由于不同因素造成的船舶交通数据实时传输故障发生概率下降幅度均达到50%以上,由此说明基于该系统的评估结果能够有效保障船舶交通数据实时传输的可靠性。

基于人工智能的船舶故障检测结果智能推荐系统

为全面整合船舶故障相关的各种知识,为检修人员智能推荐便于理解的故障检测结果,设计基于人工智能的船舶故障检测结果智能推荐系统。知识图谱模块依据船舶故障维修日志建立船舶故障知识图谱;实体抽取模块利用人工智能的长短时记忆网络,在船舶故障描述文本内抽取故障实体;实体识别匹配模块,利用基于实体识别的文本匹配技术,计算抽取的故障实体与知识图谱内故障实体间的匹配得分,以最高匹配得分对应的故障实体为船舶故障检测智能推荐结果。实验证明,该系统可有效构建检查故障知识图谱;该系统可有效抽取船舶故障实体,完成船舶故障检测结果智能推荐。

水下无人航行器高速航行下的运动特性及仿真控制研究

水下无人航行器具有水下活动范围大、机动性好优点,主要用于大范围地形地貌勘探,水下高速长航程航行时,水下航行器运动特性和姿态控制是研究重点。本文建立水下航行器垂直面航行运动模型,分析高速航行下的运动特性。为保证高速航行高效稳定,提出PID方法控制纵倾和滑模方法控制深度的组合控制策略。通过仿真试验,开展高速航行运动仿真研究。研究结果表明,在高速航行下,水下航行器会产生一定纵倾,且随着航速增加,纵倾影响会越大,高速状态放大了水下航行器外形上下轻微不对称的特性,诱导产生的垂向水动力及力矩增大,进而引起纵倾;在高速航行条件下,水下航行器能稳定保持定深度长距离航行,控制策略具有很好的适用性。

柔性表皮与鲨鱼体表粘液耦合作用减阻效果数值模拟

本文采用粘流数值模拟方法,通过Workbench搭建双向流固耦合求解器,对粘液析出的柔性平板减阻效果进行数值模拟研究。结果表明,耦合粘液析出与柔性覆盖层可进一步提升减阻效果。粘液与柔性平板耦合之后,起到了进一步减阻的作用。从减阻效果来说,粘液与柔性平板的减阻技术可行,能在粘液减阻基础上进一步减少16.3%~21.20%。

边岛式上层建筑结构设计与性能分析

本文采用规范计算与有限元分析相结合的方法,针对边岛式上层建筑的结构设计、强度校核、参与总纵弯曲的有效度和边岛式上层建筑对船体总振动的影响等方面进行研究,分析不同结构设计型式和计算方法的适用性,给出边岛式上层建筑结构在设计、力学性能分析等过程中的相关建议,为其他船舶的边岛式上层建筑提供设计参考。

深海AUV无动力垂直下潜运动特性研究

深海AUV(自主水下机器人)采用无动力下潜方式能有效节约能源,但是水平或小纵倾角姿态下潜用时较长,水平偏移大。为提高下潜速度,减小下潜偏移距离,对AUV无动力垂直下潜过程进行研究。使用四元数代替欧拉角得到AUV运动方程,并加入洋流和浮力数学模型,通过Simulink仿真模块建立AUV垂直下潜运动仿真方法,解决垂直下潜产生的姿态角解算奇异性问题。通过设置不同仿真工况,得到AUV垂直下潜运动状态量受负浮力、重浮心距离、舵角、初始纵倾角及环境扰动力的作用规律。结果表明,AUV采用垂直下潜方式,可实现较大的下潜速度,同时减小水平偏移距离;洋流扰动是垂直下潜运动产生水平偏移的主要原因;下潜深度6000 m时,浮力变化扰动导致末端下潜速度减小30%,下潜时间增加21%。

近冰面航行潜体受力及操纵仿真研究

冰层可以为潜体提供良好的隐蔽性,为潜体作战效能发挥提供极大帮助。研究潜体在冰层下航行时的受力及操纵方法,可以为潜体更好地履行使命任务提供有力支撑。以美国SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用STAR-CCM+流体计算软件,对不同航速下的潜体近冰面运动进行数值计算分析,计算潜体受力及力矩。将潜体所受力及力矩与潜体空间六自由度方程结合,模拟潜体近冰面航行运动趋势,给出操纵方法。研究表明,近冰面航行会影响潜体航行深度及姿态保持,及时采用降速、首尾舵操舵、纵倾平衡水舱调水等操纵措施可有效控制潜体航行深度及姿态,避免触冰情况发生。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

船舶机舱边缘计算系统通信技术的研究及开发

本文针对边缘设备与云平台之间的数据交互,从当前智能机舱相关系统的数据通信需求出发,提出一种基于物联网边缘计算系统框架的智能机舱边缘计算系统内设备通信方案,设计一种面向该边缘系统中运用于边缘设备的双向数据通信系统软件并进行测试,证明智能机舱边缘系统方案的可行性。

水润滑轴承衬套装配间隙对轴系振动的影响

水润滑尾轴承通常安装在美人架和尾轴管中,轴承衬套的安装间隙大小直接影响到轴承刚度,从而对轴系振动产生影响,极大程度影响到舰船隐身性能。通过试验验证过盈配合和间隙配合2种安装结构的轴承在静载条件下的摩擦特性与振动特性。结果表明,2种安装间隙下的水润滑轴承的摩擦扭矩的变化趋势一致,均随载荷的增大而增大,随转速的升高而减小,间隙配合轴承的扭矩大于相同工况条件下过盈配合轴承的扭矩;在振动性能上,间隙配合轴承的振动幅值大于过盈配合的轴承,且相比于过盈配合轴承有更大机率出现高频特征频率。在相同工况条件下,过盈配合的轴承的摩擦特性和振动特性均优于间隙配合的轴承。

浅水效应下智能技术试验船回转操纵性数值模拟

本文借助STAR-CCM+软件对考虑浅水效应的智能技术试验船回转操纵性进行数值模拟研究。首先对无界流场中智能技术试验船的流体动力性能评估,并且与试验结果对比验证了计算方法的准确性;在此基础上,通过改变智能技术试验船与池底的垂向距离,模拟不同浅水工况下智能技术试验船回转操纵性能。数值模拟结果表明,浅水效应下智能技术试验船侧向力系数显著增大,对应的偏航力矩系数亦有所增加。相关结论可为智能技术试验船浅水航行时安全性能提供指导。

旋转惯导姿态误差补偿方法分析

旋转惯导能够实现误差自补偿,从而提高系统导航精度。但旋转惯导中的旋转结构较为复杂,存在轴系的非正交误差、测角误差等,导致姿态输出随着旋转而发生波动,影响着惯导姿态解调输出的精度。针对惯导姿态误差补偿方法,选取4种常用的拟合补偿方法进行讨论,并结合实际采集数据,进行试验比对与分析,为后续工程应用提供参考。