船舶数字化设计技术的发展、困境及突破

在数字化广泛推行的当下,造船业(特别是船舶设计)正面临重大的机遇与挑战。数字化设计在提高了船舶设计质量和设计效率的同时,依然面临诸多难点,如何通过数字化技术进一步优化设计流程,从而更有效地提升效率、降低成本并实现自主可控,是目前亟需思考的问题。该文通过分析船舶设计和数字化技术融合可能面临的难点,创新性地提出应对思路;介绍了船舶数字化设计平台如何通过统一的面向对象的数据管理核心、基于时间段的刷新机制等技术实现船舶总体设计的突破,为自主知识产权的船舶数字化设计软件的研发探索了1条具有自主发展特色的技术路线。

内河水运基础设施及船舶技术发展现状与展望

我国交通运输事业已步入全面建设交通强国的新发展阶段,内河水运在综合交通运输体系中的比较优势尚未得到充分发挥,而“双循环”新发展格局及“双碳”战略的实施将要求内河水运及其核心要素的船舶技术必须实现创新发展。该文通过梳理提炼国内外内河水运以及船舶发展的现状与相关政策演变,分析创新技术研究进展与典型案例,对内河水运基础设施及船舶技术发展趋势进行展望:未来内河水运基础设施与数字、信息和网络技术深度融合,岸基控制中心作为关键性设施和船舶能源供给设施网联化;船舶则向着船型标准化、谱系化、智能化、少人化、能源绿色化及多元化、电力推进主流化等方向演进;船舶编队航行成为创新运输模式。文中所探索的内河水运基础设施及船舶技术的变革方向,可为建设新一代内河水运体系和研发先进船型提供参考。

《船舶》投稿须知

《船舶》创刊于1990年,由中国船舶及海洋工程设计研究院主办、中国船舶集团有限公司主管,是经国家新闻出版署和上海市新闻出版局批准出版且首批认定的综合性学术期刊。期刊为双月刊,大16开,国内统一连续出版物号CN31-1561/U,国际标准连续出版物号ISSN 1001-9855,邮发代号4-927。期刊立足军用舰船、民用船舶及海洋工程装备,坚持突出行业性和专业性,将学术理论与实际应用紧密结合,及时发布行业内及相关领域的理论方法、技术手段、科技成果,辟有:特邀专栏、本期推荐、综述、总体与结构、机电与装置、船舶管理等专栏。本刊已启用玛格泰克在线稿件处理系统,原先的邮箱投稿形式已不再使用。请您登陆本刊官网(http://chuanbo.magtechjournal.com),点击“作者中心”—“作者投稿查稿系统”进行投稿。

船舶尾轴承倾角及磨损对水膜压力影响分析

针对船舶尾部水润滑轴承发生快速磨损的问题,该文研究了船舶尾轴承倾角和磨损的存在对其水膜压力分布的影响。首先根据DUFRANE提出的轴承磨损厚度经验公式计算倾角存在时的水膜厚度分布,并将其引入Reynolds方程中求解水膜压力的计算。结果表明:倾角与磨损的存在会改变水膜分布,特别是磨损的存在使水膜压力入口段变短,承压区域变窄。在相同负荷条件下,最大水膜压力会随着倾角增加连续缓慢增大,而随着磨损增加则先缓慢增大、后快速增大;当倾角与磨损增加到规范最大允许值的一半时,最大水膜压力增加7倍,并且水膜最大压力位置向着偏心距较小、磨损较大的端面偏移,由此预示已磨损端的磨损速率将进一步增加。

基于DEM-SPH流固耦合的冰区船舶快速性预报

船舶在冰区海域中航行会受到冰水环境阻力的影响,是冰区船舶快速性研究中的重要影响因素。为合理分析冰区船舶的快速性能,该文采用基于离散元(discrete element method,DEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的流固耦合模型模拟船舶冰区航行过程,获得不同航速下的船舶阻力和推进力,进一步计算出螺旋桨的推力、扭矩以及定速航行所需的螺旋桨转速等参数。为研究船体结构、海冰与海水之间的流固耦合作用,文中通过SPH粒子与固定粒子边界相对运动的拟合项直接计算固体与流体之间的相互作用力,建立船体结构、海冰与海水耦合的DEM-SPH模型,并基于该模型分别对船舶在冰区的航行阻力和推进力进行模拟,通过拟合的方式匹配航行阻力和推进力,并考虑尾部流场导致的船体阻力增额,从而预报船舶在特定航速下实现自航所需的螺旋桨转速。此外,文中还模拟了DTMB 5415船模在浮冰区和层冰区中航行的阻力和不同螺旋桨转速下的推力,对船模在不同工况下实现特定航速航行所需的螺旋桨转速进行了预报。计算结果表明:DEM-SPH耦合模型对船-冰、桨-冰作用中的流固耦合过程模拟效果出色,可完整描述船体及尾部伴流场对海冰的拖曳作用;通过文中所述阻力-推力模拟算例及强制力的拟合分析,所形成的基于数值模拟方法的船舶自航下螺旋桨转速预报,可为进一步的试验验证和工程应用推广奠定基础。

基于明轮的全向移动式无人船舶设计

该文针对现有垃圾清理船舶回转半径较大(尤其在小型狭窄水域中机动性差)等问题,设计了一种基于4个明轮的全向移动式无人船舶平台。文中首先建立该船舶的运动学模型,并进行了动力学分析;然后结合直流电机编码器的实时运动数据,利用模糊自适应比例-积分-微分控制算法实现了对明轮的稳定控制。实验结果表明:该全向移动式无人船舶能在艏向角不变的情况下,实现横向、纵向和斜向等方向的运动,其轨迹跟踪精度高,误差在10 cm内,实际航行跟踪轨迹贴合期望轨迹。该船舶具有无回转半径、吃水浅等优势,适用于小型狭窄水域中工作的无人船舶平台。

极地船舶直升机综合保障方法研究

为满足我国日益增加的极地船舶航空保障需求,有必要提出1套符合极地低温、结冰等极端环境条件下的船舶航空保障方法。该文通过对现行常用极地规范、标准及实船配置的研究,分析其与极地极端环境不相称之处,并借鉴国内外相关系统,提出针对性的改进方案。这些改进后的极地船舶航空保障方法,可有选择性地应用于未来极地船舶的设计和建造中。

2023年世界船海市场评述与2024年展望

2023年世界经济增速由2022年的3.5%放缓至3.1%,但表现出明显的韧性,全球不同经济体的经济增长分化加大。随着全球疫情管控的放开和地缘冲突的增加,大宗商品贸易受到扰动,2023年海运贸易仍预计增长2.4%。船舶行业的市场基本面稳定向好,市场主要指标保持增长,以载重吨计,新船订单量同比增长25%,完工交付量增长12%。其中油船新船订单同比增长356.6%,散货船新船订单同比增长33%,集装箱船和气体船则有所回落。中国新船订单量在主要造船国中保持领先,占全球市场份额68%。采用绿色替代燃料的双燃料船舶订单持续增长,占全球订单的34%。预计2024年船舶行业或将维持上行趋势,尤其是散货船和油船。脱碳进程的加快和人工智能技术的发展也将为船舶航运业的高质量发展带来机遇和挑战。

国际海事组织航运碳排放政策下的船用碳减排技术研究

航运业作为温室气体排放的主要来源之一,碳减排的迫切性日益凸显。为降低碳排放,一系列国际航运业碳排放的政策法规已逐步进入到强制执行阶段,航运业面临着巨大的压力。文章通过对国际海事组织颁布的航运碳排放政策法规体系进行梳理与总结,从政策层面和技术层面对比研究各种碳减排技术在船舶领域中的可行性与适用性。碳捕集技术是当前航运业应对碳排放法规的1种直接有效的技术,文中基于船舶尾气碳捕集技术发展现状,结合远洋船舶运行特点和尾气排放特性,从技术要求、运行成本、能源消耗等方面分析远洋船舶使用碳捕集技术所面临的挑战,提出船用碳捕集适用技术的建议及措施,并结合历史数据,对远洋船舶尾气碳捕集技术的发展方向进行展望,为我国航运碳排放政策制定及船舶碳减排技术的发展和应用提供参考。

船舶轴系纵向振动特性预报软件设计与实现

为实现船舶轴系纵向振动固有特性的预报,该文基于QT平台开发了一款预报软件。软件的核心求解器采用MATLAB语言编写,求解算法采用霍尔兹法,并与ANSYS软件仿真结果、某实际轴系纵向振动计算结果进行了对比验证。在此基础上,探讨了不同轴系参数变化情况下,轴系纵振特性的变化规律。结果表明:影响轴系纵振固有特性的参数主要有曲拐半径、曲臂厚度、推力轴承纵向刚度和材料弹性模量,相关的研究成果可为船舶轴系减振降噪提供参考。

分段龙骨梁模型水弹性实验技术进展

水弹性实验是研究船舶水弹性响应的重要手段。该文总结了国内外船舶水弹性实验研究现状,对广泛使用的分段龙骨梁船模进行重点研究,包括结构设计、水动力模块设计、载荷形式和实验结果测量等方面内容,分析不同分段龙骨梁船模的适用性,总结了分段龙骨梁船模实验设计阶段的关键技术,并结合团队经验给出主要内容的设计指标,以期为船舶水弹性实验的设计提供参考。

《船舶》征稿启事

《船舶》创刊于1990年,由中国船舶及海洋工程设计研究院主办、中国船舶集团有限公司主管,是经国家新闻出版署批准出版且首批认定的综合性学术期刊,并入选“中国科技核心期刊”(中国科技论文统计源期刊)。期刊为双月刊,国内统一连续出版物号CN31-1561/U,国际标准连续出版物号ISSN 1001-9855,邮发代号4-927。期刊立足军用舰船、民用船舶及海洋工程装备,坚持突出行业性和专业性,将学术理论与实际应用紧密结合,及时发布行业内及相关领域的理论方法、技术手段、科技成果,辟有:本期特约、总体与结构、系统与设备,以及相关特色专栏。

不同水深条件下双腔室自激振荡喷嘴的数值研究

为研究不同水深条件下喷嘴对船舶清洗的空化射流特性,该文以双腔室自激振荡脉冲喷嘴为研究对象,分别在10 m、25 m、50 m和100 m这4种水深条件下,应用Rayleigh-Plesset空化模型对喷嘴进行数值模拟计算,分析了不同水深对喷嘴内流场空化程度、流体速度分布、湍动能的分布规律。结果表明:在双腔室自激振荡喷嘴内流场中空化程度最大,流体速度处于相对较高的水平,湍动能在后腔室和后流道位置最大,外流场中空化程度、流体速度和湍动能明显减小;随着水深增加,喷嘴内流场几乎不受影响,但外流场影响较大,空化数增加,空化程度、流体速度和湍动能逐渐减小,空化清洗效果也随之减弱。该数值研究方法为水下船舶空化清洗提供了参考依据。

基于扫描点云的船舶曲面板成形偏差评定方法研究

船舶曲面板的成形是强非线性问题,仅通过一次曲面加工很难达到曲面板的工程要求,故需对加工曲面板的中间形状进行评定。为得到曲面板的成形偏差,提升船舶曲面板的自动化成形,该文首先基于测量的点云数据,提出了多方位扫描点云合并的方法,将不同位置扫描得到的曲面板点云进行精确配准,实现不同点云之间的最佳贴合;然后将处理好的扫描曲面点云与目标曲面进行位置定位,通过文中所提出的曲面成形偏差计算方法得到加工曲面板垂向、纵向和横向的形状偏差;最后进行了仿真实验,得到的曲板形状偏差计算精度符合船舶曲面板的工程要求,并设计实验测量加工帆形板,以验证方法的实用性。该项研究成果不仅为测量点云数据分布不均匀提供了处理方法,也为加工曲面板各方向成形偏差提供了计算方法。

《船舶》投稿须知

《船舶》创刊于1990年,由中国船舶及海洋工程设计研究院主办、中国船舶集团有限公司主管,是经国家新闻出版署和上海市新闻出版局批准出版且首批认定的综合性学术期刊。期刊为双月刊,大16开,国内统一连续出版物号CN 31-1561/U,国际标准连续出版物号ISSN 1001-9855,邮发代号4-927。期刊立足军用舰船、民用船舶及海洋工程装备,坚持突出行业性和专业性,将学术理论与实际应用紧密结合,及时发布行业内及相关领域的理论方法、技术手段、科技成果,辟有:本期特约、总体与结构、机电与装置,以及相关特色专栏。

论智能船舶内涵及分级

自21世纪以来,世界主要造船大国先后开始智能船舶的研制,近期更是在该领域加大加快推进战略布局。对于这重要的产业竞争高地,唯有深刻理解其内涵,充分认识其专业性、复杂性、艰巨性,明晰发展方向,方能制定出适合本国船舶工业的智能船舶发展路径。该文阐明了智能船舶的内涵,详细分析船舶行业智能化发展相较于其他行业的差异性和难点,重点论述了智能船舶分级的必要性,提出一种基于系统工程思维来进行智能船舶分级定义的方法和流程,并以《智能船舶发展白皮书》为例进行解释说明。

《船舶》投稿须知

《船舶》创刊于1990年,由中国船舶及海洋工程设计研究院主办、中国船舶集团有限公司主管,是经国家新闻出版署和上海市新闻出版局批准出版且首批认定的综合性学术期刊。期刊为双月刊,大16开,国内统一连续出版物号CN 31-1561/U,国际标准连续出版物号ISSN 1001-9855,邮发代号4-927。期刊立足军用舰船、民用船舶及海洋工程装备,坚持突出行业性和专业性,将学术理论与实际应用紧密结合.

基于加幂积分法的水面船舶有限时间轨迹跟踪控制

针对具有在模型参数不确定性和未知时变扰动下的水面船舶,该文提出1种基于扩张状态观测器的有限时间轨迹跟踪控制方案。首先,基于反步法和加幂积分法,提出了1种新的有限时间控制律,所设计的控制器通过采用连续反馈,可确保水面船舶的轨迹跟踪误差在有限时间内收敛到原点附近的邻域内;其次,在李雅普诺夫意义下严格证明了闭环控制系统的有限时间稳定性;最后,通过仿真比较表明了所提出的控制方案的优越性。

基于“任务+能力”的船舶智能系统等级评估方法的思考

计算机性能的提升和人工智能技术的发展促进了航运业向智能化转型,越来越多的船舶配备了智能系统。船舶智能系统能够代替船员执行各种重复性、作业环境恶劣的工作,在提高工作效率和安全性方面发挥十分重要的作用。随着船舶智能系统的发展,不同系统间的智能等级差异愈发明显,需根据智能化的评估等级合理分配任务,以便智能系统能够自主完成,因此能否准确评估智能系统的能力十分重要。该文首先概述了船舶智能系统评估分级的研究现状及意义,其次介绍并分析了现有的智能系统分级方法,然后提出了一种基于“任务+能力”的船舶智能系统等级评估的蛛网模型,最后使用该模型对某型智能科考船的智能系统进行了等级评估。

半潜式风机整机模态影响因素研究

漂浮式风机平台的整机固有频率是影响风机能否达到满发状态的重要参数。针对风机设计软件在计算整机频率时无法正确考虑浮式基础的刚度、质量分布、水下附加质量、水动阻尼、系泊刚度等限制因素,文中建立四立柱半潜式海上风机结构模型,正确模拟下浮体和塔筒的结构刚度与质量分布,根据塔筒低阶模态分析结果将塔筒简化为梁单元,采用弱弹簧边界约束,计算整机前20阶固有频率,从第7阶开始为整机结构固有频率;在此基础上确定了弱弹簧边界约束的刚度上限,分析半潜式基础附加质量、水动力黏性阻尼、结构阻尼和系泊系统刚度对整机频率的影响,推荐了一种计算和分布附加质量的方法。建议在设计后期结合整机低阶振形,通过调整塔筒中段的直径和壁厚过渡来提高整机频率。