零航速下的船用多功能翼水动力分析

为了研究船用多功能翼在零航速下水动力特性和展弦比效应,采用计算流体力学(CFD)软件和动网格技术对其进行三维水动力仿真。船用多功能翼根据荷兰Rotor Swing公司推出的可伸缩尾翼稳定器产品WING Stabilizer建立的几何模型,分析其在不同展弦比、攻角和摆动周期下的升/阻力特性。仿真结果表明,对于翼面积为0.5 m^(2)的船用多功能翼,在3~5内选择其展弦比,能在提高升力的同时,产生较小的阻力。因此可以认为多功能翼与常规减摇鳍对不同,过大的展弦比会降低鳍的升阻比。

高海况下客滚船风浪阻力和功率航速预报

高海况下风浪阻力对客滚船航速预报的准确性有很大影响。对此,以某型客滚船为例,分别采用二维方法和三维方法预报船舶升沉和纵摇运动,采用全浪向波浪增阻预报方法SNNM计算波浪增阻,在此基础上开展高海况下的功率航速预报,并与模型试验结果进行对比分析。研究表明:当航速较低时,采用二维方法与三维方法预报的升沉运动结果的精度接近,随着速度的增加,二者的差异变大;当航速较高时,采用三维方法预报的纵摇结果比试验结果大,采用二维方法预报的纵摇结果比试验结果小;长波范围内采用SNNM方法预报的波浪增阻偏小,当谱峰周期为7 s和9 s时,采用SNNM方法近似预报的功率与试验值较为接近,但当谱峰周期变大时,近似预报结果偏小;整体来看,采用SNNM方法得到的航速预报值比试验值大。

不定期船最佳航速优化研究

不定期船的航次日均盈利额主要受航速及燃油价格波动的影响,对于多艘不定期船,固定成本的不同也会造成航次日均盈利额的差异。首先,采用控制变量法分别研究燃油价格及不同船舶固定成本的变化对不定期船航次日均盈利额的影响,然后以航次日均盈利额最大化为目标构建不定期船最佳航速优化模型。最后,以中巴铁矿石航线上ATHENIAN PHOENIX号不定期船为例对该优化模型进行了实例分析,得出最佳航速优化计算公式及曲线图。

“安全航速”的法律内涵——基于《海上交通安全法》第103条第1项

“安全航速”的基本概念不仅影响事故责任认定书的出具,还对海事管理机构是否实施行政处罚具有重大影响。不同的法官、海事执法人员对“安全航速”的理解不同。部分海事管理机构将船舶违反限速规则认定为未保持安全航速,而部分学者则持相反的观点。法理和司法实务分析表明,“安全航速”的法律含义不宜包括船舶的限速规则的相关规范。

不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响研究

通过数学模型进行船舶操纵性预报是常用的方法,以往的约束模试验通常仅在设计航速下进行,且MMG船舶操纵运动模型通常认为螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可以忽略。但船舶在实际操纵运动的过程中航速会发生很大变化,螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可能变得不可忽略,因此有必要开展相关船舶操纵水动力的研究。以KVLCC2为研究对象,对其裸船体、船-舵、船-桨和船-桨-舵系统分别进行不同航速下的约束模试验数值模拟,研究了不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响。研究结果表明:螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不可忽略,该影响随着船舶航速的减小而增大,但舵的存在会减弱其影响;螺旋桨对舵效有着较大影响,该影响随着船舶航速的减小也会明显增大。因此在进行船舶操纵性研究时,有必要进行非设计航速下的相关约束模试验。

基于BP人工神经网络与遗传算法的航速优化

为了进一步提高船舶能耗效率,本文提出一种基于BP人工神经网络与遗传算法的航速优化技术路线。首先,介绍常见油耗模型的构建方法;其次,利用BP人工神经网络建立目标船舶的油耗模型。模型预测的平均绝对误差为2.3%,准确度和泛化能力基本满足工程应用要求。最后,利用遗传算法,并基于历史气象数据对目标船舶的航线做分段航速优化。计算结果表明,航速优化后目标船舶的航行时长不仅能减少1.35天,燃油损耗还可节省10.1%,由此说明对航行船舶做分段航速优化是一种可行方案。

基于二型模糊控制的无人艇航向航速控制系统设计与试验

[目的]针对水上复杂多变的环境给无人艇(USV)控制带来的不确定性干扰,提出基于二型模糊控制算法的USV航向航速控制器,并运用所提算法研制一套智能自主稳健的控制系统。[方法]构建USV航向航速运动特性模型,利用递推最小二乘法(RLS)对航向航速运动特性模型进行参数辨识,基于辨识的航向航速运动特性模型分别设计二型模糊控制算法和滑模控制算法,并进行实艇验证试验。[结果]结果表明,相较于滑模控制算法,二型模糊控制算法在控制USV时表现出了较好的鲁棒性,具有较理想的抗干扰能力,但在实时响应方面略长。[结论]研究结果可为在不确定干扰环境下的USV运动控制提供参考。

多船会遇场景下基于循环神经网络的船舶航速预测

为进一步提高复杂环境下的船舶航速预测精度,提出一种在多船会遇场景下基于循环神经网络(recurrent neural network,RNN)的船舶航速预测模型。从船舶自动识别系统(automatic identification system,AIS)数据中提取构成多船会遇场景的船舶航行动态信息(时间、航速等),采用插值法进行等时间间隔化处理,并构建基于RNN的船舶航速预测模型。采用长江口外水域的AIS数据,分别在不同会遇场景下进行实例验证。实验结果表明:在案例1和案例2场景下,RNN模型预测结果的平均绝对误差、均方误差、均方根误差、平均绝对百分比误差均比长短期记忆神经网络模型和支持向量机模型的小,说明RNN模型的预测精度比其他两种模型的高。

航速对船舶横摇阻尼影响的数值模拟

为认清船舶横摇机制、探究航速对横摇阻尼的影响,模拟了DTMB5512船模的横摇自由衰减过程,并根据短期预报结果评估了不同横摇阻尼求解方法用于横摇运动分析的可靠性。采用计算流体动力学(CFD)中的重叠网格技术,考虑横摇、横荡和垂荡三自由度运动,得到了不同航速和初始横倾角下的横摇自由衰减曲线,横摇幅值与横摇周期均与试验结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性。通过对横摇衰减曲线拟合,可分别得到线性和二次阻尼系数,并基于势流理论计算了不同海况下的横摇单幅有义值。结果表明:傅汝德数(Fn)由0.138增加到0.410,横摇衰减速度明显加快,伴随着船体周围兴波的快速上升。相同航速时,初始横倾角由10°增加到20°,线性阻尼系数无明显变化;相同初始横倾角时,高航速对应更大的线性阻尼系数。等效阻尼为线性阻尼和二次阻尼在对应横摇幅值下的组合,可以有效减弱横摇消灭曲线拟合所引入的影响。根据横摇短期预报结果,Fn=0.138和Fn=0.280航速,CFD法得到的横摇阻尼系数精度均高于经验公式法,在高海况下表现得尤为明显。等效阻尼系数更适合用于横摇运动的定量分析,随着航速的增加而增加。

全球限硫令下集装箱班轮燃油补给策略与航速优化

本文基于全球限硫令生效的实施背景,以一个往返航次内船舶总营运成本最小化为目标,分别针对燃料转换和加装洗涤器2种解决方案建立集装箱班轮燃油补给策略与航速优化模型,联合优化船舶航速、燃油补给港、燃油补给量以及航线配船数量,使用混合编码遗传算法对模型进行优化求解,并通过实际算例验证模型和算法的有效性。结果表明,2种方案下船舶最优航速和燃油补给策略不同,适当放宽船舶抵港时间要求可以有效降低船舶营运成本。

不同碳减排政策下的班轮航线配船与航速优化

针对低碳背景下的班轮航线配船与航速优化问题,以周利润最大化为目标,构建了无碳减排政策、碳限额、碳税、碳交易及碳补偿政策下的航线配船与航速优化非线性规划模型,并设计遗传算法求解。通过算例验证和敏感性分析研究各碳减排政策对班轮公司航线配船与航速优化方案、利润及碳排放量的影响,并探讨各减排政策的作用。研究结果表明各碳减排政策均使利润、碳排放量及平均航速下降,也均可通过设置合理的参数和策略以取得更明显的减排效果。对比发现碳交易政策的减排效果较好,更有利于航运业可持续发展。

考虑自愿速度损失和货主满意度的北极东北航线船舶航速优化

为在保证货主满意度的同时尽可能地控制航运成本,在考虑北极东北航线气象条件和自愿速度损失的基础上,建立北极东北航线航速优化模型,通过带精英策略的非支配排序遗传算法(elitist non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)和逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)筛选出最佳折中解。选取北极东北航线沿线重要港口进行案例分析,结果表明:当航运成本降低时,货主总体满意度会下降,船公司可以根据各货主的重要性调整航速,以平衡航运成本和货主满意度;对比考虑自愿速度损失与无自愿速度损失的北极东北航线航速优化模型发现,两者的优化结果存在显著差异,自愿速度损失直接影响航速优化模型的准确性;航速优化对时间窗较为敏感,较大的时间窗可以为减速和提高船舶能效提供更大的机会空间。

考虑排放控制区的多目标船舶航速优化研究

考虑在船舶排放控制区背景下,以燃油成本和租船成本为优化目标进行多目标船舶航速优化,选择基于蝴蝶优化算法与线性加权相结合和多目标蜻蜓算法的2种多目标优化方法,求解得出Pareto最优解集,最后通过理想点距离法的决策方法从Pareto最优解集中确定出最佳折衷解。结果表明,当以多目标蜻蜓算法优化航速航行时,燃油成本降低2.72%,租船成本降低15.57%,可有效降低5.78%的船舶营运成本,更能大大提高船东和航运企业的经济效益,更符合环保要求。

节能降耗经济航速研究与实践

我国海港公司的生产经营受疫情情况影响较大,因此海港拖轮生产需要不断优化研究,实现利润稳中求进的目标。本文通过实际工作分析,对拖轮生产与管理过程里的燃油成本如何控制问题,重点从优化拖轮调度角度、提高拖轮航速与时间精细化管理等三个方面对燃油控制方法进行分析与研究,对拖轮生产进行优化,使拖轮燃油油耗控制工作合理进行,也为拖轮调度科学派遣奠定基础。海港公司拖轮的燃油成本占公司生产总成本的比例相对较重,拖轮的耗油需要进行优化使用,为此,达到拖轮燃油成本与航速优化控制大势所趋。

不同航速和航道水深条件下气垫船冰面兴波数值计算

气垫船破冰是指采用大吨位气垫船在冰面上航行进行破冰,是一种较新的内河破冰方法,可应用于黄河凌汛灾害的防治领域。论文采用欧拉-拉格朗日耦合算法对不同航速和水深条件下气垫船在冰面上的兴波进行了数值计算,分析了航速和水深对气垫船冰面兴波的影响。超临界航速下,气垫船逐渐追赶并超越船首的波峰,对所兴起的波动起相反的压制作用;临界航速下,气垫船始终位于船首波峰后方,对所兴起的波动起持续的推波作用,在冰面上逐渐兴起幅值较大的波动。船尾波谷处的最大主应力值相对大一些,冰层破裂最先发生在船尾的波谷处。水深增大后,气垫船冰面兴波的峰值位移和谷值位移、波峰和波谷处最大主应力值均有所减小;气垫船的临界航速则增大,水深增大后对气垫船破冰不利。

ITTC 2021与ISO 15016航速修正应用对比

为了解ITTC 2021航速修正方法的适用性,论文介绍了该方法在船舶测速过程中的试验要求和修正流程,并将该方法与ISO 15016∶2015方法进行了对比。结合航速修正原理,通过编程的方式开发了2种方法的实船航速修正程序,并选用3种典型船舶的试航数据,分别采用上述修正方法进行分析,总结了2种修正方法在不同风、波浪、潮流、温度、密度和水深等环境因素下对修正结果的影响。结果表明:ITTC 2021修正方法相对于ISO 15016∶2015方法更为合理,且针对研究的3种船型,ITTC 2021方法得到的航速略高于ISO 15016∶2015修正方法,而新增的波浪增阻修正方法是导致分析结果产生偏差的主要因素。

基于PAC的零航速减摇鳍升力测量系统研究

零航速减摇鳍是一种新型减摇装置,其升力产生机理、控制策略都与传统减摇鳍不同。通过对现有实验设备数据采集和控制系统的改进,建立一套适合零航速减摇鳍控制系统特点和实验要求的实验室升力检测系统。升力检测系统包括基于压阻式升力传感器的检测元件和基于PAC的数据采集及记录的控制系统。可用于分析和验证零航速减摇鳍的升力理论模型,为工程实验提供有价值的信息。

动水域进行静水航速试验的测算方法

受条件限制,某些河道的静水航速实船测试不得不在动水域进行.由于动水域水面坡降的存在,船舶推力需克服坡降阻力而不能全部为航行提供动力,对水航速代替静水航速会造成一定偏差.通过在澜沧江动水域进行的静水航速实船测试试验,提出了阻力平衡法和阻力同比法以修正静水航速,两种修正方法结果差异不大,而阻力同比法更为简略.理论和实例分析表明,对水航速是否能代替静水航速取决于坡降阻力所占船舶推力比例的大小.

船舶航速的动态矩阵控制

用SIMULINK建立了船舶航速的数学模型 ,并采用动态矩阵控制算法对某一船舶的航速控制进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,动态矩阵控制能够适应船舶在不同载荷下的航速控制要求 。

船舶节能航速辅助决策系统

通过对国内外船舶航行节能技术进行分析,提出节能航速辅助决策系统设计总体框架,对系统中涉及的主要关键技术和解决方法进行详细论述。提出从全局到局部的四段航速优化方法,可缩短航速优化计算时间,提高辅助系统的及时性。该系统的应用能在一定程度上消除船舶选择航速的盲目性,指导船舶在不同的航段选择不同的最佳航速。