神经网络在船舶柴油机NO_x排放特性预测中的应用

为了预测船舶柴油机NOx排放特性,从初始权值的选取及学习率动态优化对BP算法进行了改进,通过改进的均匀试验设计法,对少量具有代表性、易于测试的工况进行NOx排放测试,利用BP神经网络建立了船舶柴油机NOx排放特性预测模型并进行了计算,与实测的4种工况进行比较.结果表明,第1工况的NOx排放浓度相对误差为3.7%,NOx比排放的相对误差为4.3%,而其他各工况的NOx排放浓度相对误差在2.4%以内,NOx比排放相对误差在2.9%以内.因此,该模型预测精度较高,与试验结果吻合良好,能有效地预测船舶柴油机NOx排放特性.

SOLAS公约修正案对船舶安全系泊的履约要求分析

为降低船舶系泊作业人员受伤风险和有效预防系泊操作事故,IMO通过了MSC.474(102)决议并修订了SOLAS公约相应条款,安全系泊要求成为公约强制要求。介绍SOLAS公约要求的修订情况,分析船舶系泊设备合理设计布置和选型要求,以及在船舶营运中对系泊设备进行检查和维护的要求,为安全系泊履约提供指导和参考。

船舶风翼液压系统小角度回转控制策略研究

为了优化风翼回转液压系统在小角度转动时的控制策略,选用一种升力系数较大的多段翼风翼,根据风翼模型风洞实验数据得出风翼气动特性曲线。基于实验数据设计目标船风翼回转液压驱动系统,建立AMESim仿真模型并在液压实验台中验证其正确性。围绕船舶风翼小角度转动的需求,确定正弦启动和制动控制信号,进而确定风翼小角度转动时液压驱动系统启动和制动最佳控制策略。结果表明:风翼回转液压驱动系统启动和制动采用正弦控制信号,且启动和制动时间为2~3 s时系统压力波动较小,有利于液压系统的稳定运行。

轮机工程专业课程混合式教学模式设计与实践——以“船舶动力装置技术管理”课程为例

分析轮机工程专业课程混合式教学改革的必要性,从教学资源完善、教学环节设计、课程评价体系构建、师生互动和信息化支撑五个方面,探讨将慕课和传统教学的优点进行有机融合,提出“船舶动力装置技术管理”课程的混合式教学模式并将其应用于教学实践。通过多轮次的纵向和横向比较,基于雨课堂的混合式教学模式的授课班级的教学效果明显优于对比班级。分析教学实践过程中在课前推送、课堂测试、教学方式、教学内容和教学设计过程中存在的问题,并给出解决措施。

基于CFD的圆弧型风帆气动优化

在传统单圆弧型风帆的基础上,针对船用助航风帆的特点设计出一种新型双圆弧型风帆。采用FLUENT软件的SST模型,运用控制变量法对该双圆弧型帆的内拱拱度比和外拱拱度比进行气动力学的仿真优化,并基于最大推力系数选择其最佳参数。对优化后的模型进行风洞试验,得到的数据与仿真结果能较好地吻合。优化后的风帆的升力系数和最大推力系数较传统的单圆弧型风帆有大幅度的提高。

基于模拟退火算法的船舶航速优化研究

为了降低船舶单航次的主机总燃油消耗量,从而减少船舶的能源消耗。首先,计算了船舶的阻力,并基于大量船舶历史数据,构建了主机油耗模型,模型相对平均误差为3.6%;在船舶阻力计算的基础上,以船舶失速值和航向转向点为依据,将船舶的航线划分为不同分段;采用模拟退火智能算法,在航行时间、船舶航速、主机转速等约束条件下,以单航次总的燃油消耗量为优化目标,规划并得出了不同分段上的最佳航速和主机转速。计算结果显示,优化后船舶主机的燃油消耗量可降低3.1%,节油效果显著。

基于AIS数据的渤海湾地区海运排放测算

将船舶活动状态分为港口邻近区域的机动操纵工况和停泊工况以及海上航路的定速巡航工况;采用基于船舶活动的方法,建立了区域性海运排放测算模型.根据中国船级社船舶数据库,确定了不同类型船舶主、副机标定功率和设计航速与船舶总吨之间的关系;通过对船舶自动识别系统(AIS)船舶流量轨迹图的统计分析,得到了2014年渤海湾地区船舶流量数据;基于所确定的模型参数,计算得到了渤海湾地区海运排放清单.结果表明,2014年渤海湾地区海运NOx、CO、HC、CO2、SO2和PM排放量分别为173808、14436、6144、7208919、120748和15292t;货船、危险品船和客船对海运排放的贡献占比分别约为73%、21%和6%;海上航路定速巡航工况对海运排放的贡献占比约为90%;其中,成山头至老铁山水道和老铁山水道至渤海中部航路排放之和约占海上航路排放的50%;天津港和大连港分别约占港口邻近区域排放的30%和20%.基于AIS统计数据的自下而上方法对区域性海运排放的测算具有可操作性.

中国水路运输业能源消耗与废气排放测算

采用基于运输周转量的自下而上方法建立了中国水路运输业能源消耗和废气排放测算模型.根据GDP增长预测得到未来一段时间内中国内河、沿海和远洋货运周转量,结合IMO（International Maritime Organization）温室气体研究采用的废气排放因子,测算得到2001~2030年中国水路运输业的能源消耗和废气排放.研究结果表明：2001年,中国水路运输业燃油消耗量及NO_x、CO、NMVOC（非甲烷挥发性有机物）、CO_2、SO_2和PM排放量分别为790.9,63.6,5.9,1.9,2483.2,37.2,4.6万t,到2030年,将分别为5951.8,405.1,16.5,18.3,18743.2,15.5,6.1万t;2001~2030年,中国水路运输业燃油消耗及CO_2和NO_x排放呈逐年增长趋势,年均增长率分别为7.2%、7.2%和6.6%;受国际公约的限制,与硫含量密切相关的SO_2和PM排放量自2020年之后显著下降;2001年,中国水路运输业CO2排放量占世界航运排放量的比重在3.2%左右,此后呈逐渐上升趋势,到2020和2030年,将分别增长至11.5%和15.3%.

辽宁省港口邻近区域海运废气排放测算

为准确测算沿海地区船舶废气排放量,基于试验数据确定了NO_x、CO、HC和CO_2排放因子;结合文献资料和海事局进出港船舶签证数据,采用基于船舶活动过程的方法测算了2014年辽宁省港口邻近区域〔距港口减速区外边界25 n mile(1 n mile=1 852 m)以外的边界线与港口陆地岸线所围成的区域〕海运废气排放清单.结果表明:2014年辽宁省港口邻近区域海运NO_x、CO、HC、CO_2、SO_2和PM(颗粒物)的排放量分别为11 827.1、971.4、399.6、1 097 426.5、11 654.1和959.2 t;散货船、集装箱船和油船3种主要类型船舶的NO_x、CO、HC、CO_2、SO_2和PM的分担率之和分别为74.7%、77.8%、70.8%、68.0%、70.9%和70.6%;主机NO_x、CO、HC、CO_2、SO_2和PM的分担率最大,分别为63.7%、63.0%、46.0%、40.4%、46.4%和45.3%;停泊工况下的NO_x、CO、HC、CO_2、SO_2和PM排放量分别为3 318.3、281.7、168.3、520 194.9、4 894.0和411.5 t.船舶降速运行、减少停港时间、燃用低硫油和向船舶供应岸电等措施能降低港口邻近区域海运废气排放.基础数据缺乏或数据代表性不足给废气排放清单带来了一定的不确定性.

船舶智能能效优化关键技术研究现状与展望

智能能效管理作为智能船舶发展的重要组成部分之一,可以实现船舶能效的自动监测、分析与自主决策,对提升船舶的绿色化与智能化水平具有重要意义。通过分析船舶智能能效管理规范与检验指南,围绕船舶能效智能监控与系统设计技术、船舶智能能效大数据应用技术、智能能效优化模型与智能算法等核心问题,系统分析船舶智能能效优化的国内外发展现状。结合目前的研究现状,提出船舶智能能效优化存在的不足与面临的挑战,对智能能效优化的未来发展与研究方向做出展望,以期为智能船舶能效管理提供参考。

基于BP神经网络的船舶主机能效状态评估

[目的]在船舶航行期间,需要通过分析船舶和主机的运行参数来客观判断主机当前的工作情况,从而准确评估主机的能效状态。[方法]以状态良好的船舶运行记录为样本,结合主成分分析法和BP神经网络算法,构建船舶的航行状态识别模型和主机油耗模型,并在船舶航行期间对船舶实时运行参数进行分析,得出船舶主机在当前工况下的油耗量正常值。以某30万吨级远洋散货船为例开展模型计算验证,将正常油耗值与实际油耗值进行对比,以二者的残差值为依据,进而评估当前的主机能效状态。[结果]计算结果显示,航行状态识别模型的正确率为98.05%,油耗模型的平均误差为3.47%,2种模型的可靠性均较高。[结论]研究成果可为智能船舶的能效管理提供一定的参考。

基于翼型理论的风帆助航技术分析

分析目前船舶利用风能辅助推进的方式,在模型试验的基础上,分析翼型风帆和传统风帆的动力特性.对船舶应用基于翼型理论的风帆助航技术的经济性进行分析,提出在当前形势下船舶采用风帆助航技术的必要性及后续需要解决的问题.

风翼助航改装船对机桨配合影响的研究

为了研究混合动力船舶风翼助推力与主推进装置动力的耦合技术,估算了目标船舶阻力,利用Fluent仿真软件研究了目标船在满载、服务航速工况下,风速分别为10 m/s和15 m/s时的风翼助推力,并分析了风翼助航系统对船舶螺旋桨特性以及机桨匹配工况点的影响,最后提出了相应的解决策略。

实船数据环境下船舶主柴油机性能评估方法

针对现阶段营运船舶的监测数据存在部分运行参数缺失和数据频率低的问题,提出一种实船数据环境下船舶主柴油机性能评估方法.首先,使用柴油机台架试验数据进行曲面拟合,生成性能参数的初始估算值;然后,以平均值模型为基础,建立柴油机非线性状态空间模型,并定义以状态导数为自变量的准则函数,利用梯度搜索优化对缺失运行参数和性能偏移系数进行循环迭代辨识;最后,通过三维曲面拟合将辨识结果拟合为主机性能map.选取某远洋船由高纬度向低纬度航行过程中MAN B&W 6S35MC主机监测数据为算例,对评估算法进行验证.结果表明:算法对缺失运行参数辨识的平均误差在0.5%,~1.5%,.通过性能偏移系数修正之后的map不受环境和工况的影响,可以用来描述柴油机性能;长期主机性能评估结果可以描述主柴油机的性能退化过程.

基于大数据及人工智能的船舶能效智能优化研究综述

船舶能效智能优化作为智能船舶的重要一环,是实现船舶智能化和绿色化发展的有效措施。船舶智能能效关键技术的研究与应用对提升船舶的智能化与绿色化水平具有重要意义。通过采用大数据和人工智能技术,可以实现船舶能效的分析预测与智能优化。面向基于大数据及人工智能的船舶能效智能优化技术,从全船用能监测分析、通航环境智能识别、船舶能效智能评估及其影响因素关联关系分析,以及船舶能效智能预测、船舶航速、航线及纵倾智能优化方面,系统地分析了基于大数据与人工智能的船舶能效智能优化技术的研究现状,剖析了大数据与人工智能在船舶能效智能优化应用中存在的问题,并对未来发展方向进行了展望,以期为船舶能效的智能优化管理提供参考,从而促进船舶的智能化与绿色化发展。

风翼-柴油机混合动力船主机降速模式

为了探索风翼-柴油机混合动力船主机降速航行模式,分析了风翼船机桨的能量传递,以及风翼助航对船舶阻力和主机的影响。分别研究了定速航行和定功率航行两种主机降速航行模式的特点。通过对比得出定速航行更适合于风翼-柴油机混合动力船舶,为风翼-柴油机混合动力船舶的推广应用提供了理论依据。

船舶多清洁能源混合动力系统优化设计方法

多清洁能源混合动力系统可通过采用多种清洁能源有效提高船舶的绿色化水平,但多清洁能源的不同特点会增加混合动力系统配置优化设计的复杂性,目前缺少对多清洁能源混合动力系统优化配置方法的研究。对此,基于燃料电池、锂离子电池、超级电容和柴油发电机的混合动力系统形式,提出一种基于小波变换和遗传算法的多清洁能源混合动力系统优化配置方法。分析结果表明:提出的混合动力系统优化配置方法能在满足船舶最大功率需求的同时,提高船舶的经济性,降低二氧化碳排放,进而提高船舶的整体能效水平。

船舶翼帆回转速度的非线性补偿控制

针对翼帆回转控制实验中出现的起动升速、制动降速过程转速曲线的非线性特征,建立翼帆转速与调速阀电流关系的数学模型及其逆函数模型。基于翼帆回转液压实验台的阀控调速开式液压系统,采用非线性前馈补偿控制和实验研究方法对调速阀电流进行补偿控制。实验结果表明:该补偿方法能够得到线性度较高的升速、降速曲线,同时也能够提高转帆精度,是翼帆回转前馈补偿控制研究的关键步骤,为翼帆回转控制器设计和翼帆的实船应用奠定基础。

基于机器学习的船舶能耗智能预测方法分析

船舶能耗智能预测是实现船舶能效智能评估与优化决策的基础和前提,大数据、人工智能和机器学习等新兴技术促进了船舶能耗预测方法的不断发展。为分析不同基于机器学习的船舶能耗预测算法的预测精度和效果,对不同预测算法进行实例验证分析。结合船舶油耗及其影响因素实船采集数据,采用不同机器学习算法对船舶能耗进行预测分析,验证各算法的特点和优势,为选择合适的船舶能耗预测算法提供参考。

轮机工程专业“课程思政+混合式学习”专业课教学设计--以“船舶动力装置技术管理”课程为例

以轮机工程专业的主干专业课"船舶动力装置技术管理"为例,以立德树人作为课程教学的根本任务,充分挖掘课程中的思政资源,以线上和线下相结合的混合式学习方法为手段,建立了一套专业课课程思政混合式学习设计方案,将课程思政有机地融入专业课教学全过程,通过课程实践,验证了课程思政教学效果,实现了专业课隐性思政教育的目标。