槽道型无人双体船操纵性预报研究

路径规划是无人艇实现自主航行的关键技术之一,良好的路径规划方法对无人艇的智能化发展具有重要意义。而在已有的路径规划研究中,并未考虑无人艇的操纵性能。为了使规划的路径具有较短的航行时间、路径长度以及较优的路径跟踪能力,需将无人艇自身的操纵性能与路径规划算法相融合。为精确地预测船舶的操纵性能,本文以槽道型无人双体船为研究对象,通过CFD技术开展斜航、纯横荡和纯艏摇三种平面运动机构仿真试验,使用不同水动力模型对仿真结果进行拟合,计算得到相应的水动力导数。同时采用MMG模型,建立船舶操纵运动数学模型,模拟无人双体船的回转运动和Z形运动,分析不同水动力模型对仿真结果的影响,并实现无人双体船的操纵性预报。

基于STAR-CCM+仿真软件的双体船水动力性能分析

以某双体船为研究对象,基于STAR-CCM+仿真软件,按网格无关性验证和时间步长无关性验证的要求,对双船体船静水阻力进行数值方法验证,证明数值计算结果的准确性。对不同片体间距、不同片体形态和不同斜向航行角度等工况进行数值计算,分析双体船水动力性能。计算结果表明:在双体船直航时,在片体间距比为0.2、弗劳德数为0.4的工况条件下,与同一航速的其他工况条件相比静水具有明显的骤升现象,且总阻力系数达最大值14.56×10^(-3);在片体外旋转2°时,与其他旋转角度相比阻力值最小。研究发现,无论是在直航还是斜向航行的情况下,双体船的总阻力系数均呈现先升后降的趋势,说明该船型在处于高速航行状态时具有一定的优越性。

穿浪双体船纵向减摇策略麻雀搜索优化

为了改善穿浪双体船恶劣工况下的纵向稳定性,本文基于T型水翼及尾板设计了综合姿态控制系统。同时,对该系统相关控制参数的优化策略进行研究,以更好地实现减摇目标。采用了线性二次调节器和混合麻雀算法相结合的策略来设计控制器,将一种新型群智能算法(麻雀算法)及其改进算法应用于线性二次调节控制器权重矩阵寻优。通过两者对比,不仅验证了所设计姿态控制系统的有效性,也验证了该智能算法改进策略的高效性。结果表明:基于混合麻雀算法的控制器具有很好的自适应能力,且寻优过程收敛速度快,精度高,对工程实践具有一定的参考价值。

基于STAR-CCM+的双体船尾插板阻力性能研究

船舶的阻力是影响船舶快速性的重要因素之一,为了减小阻力对船舶航行时的影响,以NPL4a双体船为研究对象,设计一种尾插板,基于计算流体力学(CFD)方法实施重叠网格方案来模拟船舶在静水中的运动,并与模型试验结果进行对比验证。对安装不同长度尾插板的减阻效果进行减阻性能研究,构建数值波浪水池,模拟迎浪规则波中有无尾插板的直航运动。结果表明:在静水中,1 mm尾插板平均减阻4.42%,3mm尾插板平均减阻5.3%,在Fn=0.5时,达到最大减阻率10.35%,5mm尾插板平均减阻3.42%;船舶在波浪高速航行时,带有尾插板的船体阻力小于裸船船体阻力。设计的尾插板达到减阻目的,研究成果可为以后的尾插板设计提供借鉴参考。

高速双体船兴波阻力的数值计算

本文以理想流体的势流理论为基础，建立高速双体船的数学模型。由于双体船每一片体长宽比Ｌ／Ｂ很大，兴波接近于线性理论，计算时在船体表面及自由表面布置Ｒａｎｋｉｎｅ源，采用线性自由表面条件，对片体方尾后自由表面作特殊边界处理［３］，从理论上预报了高速双体船在不同Ｆｒｏｕｄｅ数，不同片体间距船宽比时，船体周围的流场分布，船体内、外侧表面的波形。

穿浪双体船兴波阻力研究

对穿浪双体船（WavePiereingCatamaran，简称WPC）兴波阻力理论计算方法进行了研究，在此基础上对一艘穿浪双体船模型的兴波阻力进行了理论计算，并将理论计算结果与模型试验结果、25°系列阻力图谱计算结果进行比较，探讨了片体修长系数、片体间距对WPC兴波阻力影响的规律。

小水线面双体船纵向运动稳定性的简化判据及分析

本文根据劳斯判据分析了小水线面双体船（SWATH）静水纵向运动方程的稳定性，给出了适合于工程应用的纵向运动稳定性简化判据和临界巡航速度的计算方法。通过对三艘SWATH的实例计算，讨论了船形以及鳍的尺度、纵向位置和组合形式的变化对纵向运动稳定性的影响，提出了一种较完善的提高SWATH纵向运动稳定性的途径。

小水线面双体船在船舶引航领域应用

通过对亚洲首艘小水线面双体船引航艇“安德”轮运营使用一年来的总结分析,并结合小水线面双体船自身的船舶特性,探讨其用作引航艇独有的优势和不足之处,为后续各港口设计建造小水线面双体船作为引航艇提供参考。

高速双体船——内河客船新船型

客运高速化是我国内河航运２１世纪发展的必然趋势，面对“快速、安全、舒适”的要求，适应客运兼旅游的需要，在比较了各种高速船的优缺点之后，针对内河航运的特点和经济、技术现状，推荐钢质高速双体船为替代现阶段我国内河客船的一种优秀船型．

圆舭双体船的阻力计算

本文根据对称片体圆舭型双体船的阻力试验资料，探讨了船型对双体船摩擦阻力和剩余阻力的影响机理，并运用多元线性回归分析方法，研究双体船剩余阻力系数Cr随傅汝德数Fn的变化规律，提出了剩余阻力系数曲线（Cr－Fn曲线）的表达方法．用本文提出的方法计算圆舭双体船的剩余阻力系数，在95％的概率下，误差小于7％。

双体船/三体船兴波阻力数值预报方法研究

采用改进的Dawson方法,自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数值预报程序,并且考虑了高速三体船方尾的处理。利用本文的数值预报方法分别计算了一条小水线面双体船和一条三体船,验证了本文的数值预报方法在一定范围内能较合理地预报双体船、三体船的兴波阻力。此外,还讨论了该方法在三体船片体位置优化中的应用,通过和试验值对比验证了该方法可用于三体船片体布局优化。

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法

以中国船舶科学研究中心开展的200t至3500t多艘SWATH船模试验结果和美国的15艘从3000t至30000t小水线面双体船波浪载荷模型试验资料为基础,给出了小水线面双体船波浪设计载荷估算公式。用该估算公式算得的小于3000t的小水线面双体船的波浪设计载荷的估算值更加接近模型试验结果,而小于目前常用的ABS公式估算值,从而可较大地减轻结构质量和建造成本。根据小水线面双体船受力特点,还提出了小水线面双体船在进行横向强度、扭转强度、总纵强度校核时各种载荷的组合方案和施加方式,供结构设计人员全面、合理地进行强度分析参考。

穿浪双体船横向强度与扭转强度的有限元计算

穿浪双体船的连接桥在横浪和斜浪中遭受比较大的横向弯矩和扭转力矩的作用,其自身的强度对穿浪双体船的安全性来说至关重要。本文在有限元理论的基础上,采用直接计算方法对一艘穿浪双体船进行了横向强度和扭转强度的整船有限元分析,对其总强度进行了校核,并初步分析了该船上层建筑对总横强度的影响。通过对计算结果的分析,掌握了该船的应力分布,为结构优化设计提供依据。

小水线面双体船纵向运动控制系统的试验研究

提出了小水线面双体船纵向运动控制系统的数学模型,并建立了该系统的试验平台,开展了前后鳍静态和动态水动力特性试验,分别进行了无控船模和前后鳍控制船模在规则波中的耐波性试验。试验结果表明,所设计的前后鳍对该小水线面双体船具有可控性;由确定控制矩阵K的方法获得了初步优化的控制规律;经初步优化控制后的实船,在不规则波上的升沉和纵摇有义值分别下降26.9%和32.0%。

艉扰流板对穿浪双体船阻力影响的试验研究

通过两种典型片体线型的穿浪双体船静水阻力模型试验，研究了艉扰流板深度变化对穿浪双体船总阻力、航行纵倾角、船体上抬的影响规律。结果表明：艉扰流板可以调整穿浪双体船的航态，达到有效降低阻力的目的，减阻率可达6％～14％，略优于艉部楔形板的减阻效果，且安装和调整更方便；艉扰流板深度对总阻力的影响较大，深度过小，无减阻效果；过大，会引起高速时船体埋艏和阻力增加，其适宜的深度与艉板宽度之比约为1％～2．5％；艉扰流板减阻效果的获得主要是来源剩余阻力的减少。

高速穿浪双体船船型及性能研究

穿浪双体船（ＷＰＣ）是在小水线面双体船和高速双体船的基础上发展起来的一种新型高性能船，它保留了ＳＷＡＴＨ船型的低阻高速、甲板面积宽敞等优点。

高速轻型穿浪双体船船型及性能试验研究

开展了140 t级高速穿浪双体船船型研究及阻力、耐波性系列模型试验,比较分析了三种典型穿浪船船型阻力、纵向运动性能的差别,确定了综合性能最佳的型线方案。对优选的型线方案,进一步开展了航态优化试验、变间距比、变长宽比、变重心纵向位置的阻力对比试验,不同间距比的静水横摇及不规则波横摇试验。指出了高速轻型穿浪双体船阻力和耐波性能的影响因素及其变化规律。

非对称双体船兴波问题与侧体布局优化分析

兴波阻力是高速船总阻力的主要成分,对非对称双体船而言,优化侧体布局以降低兴波阻力,是提高其船舶能效的有效手段。论文根据线性兴波理论推导了非对称双体船兴波阻力及兴波干扰因子的计算公式,分析了非对称双体船的兴波阻力特性,研究了侧体的相对位置对兴波阻力的影响规律。基于Isight优化平台,结合线性兴波理论,采用混合遗传算法,以兴波阻力最小为目标,对非对称双体船的侧体布局进行了优化分析。在给定航速下的优化结果相比初始方案的兴波阻力更小,表明本方法可为非对称双体船的侧体布局设计提供参考。

小水线面双体船设计载荷研究

横向对开力是小水线面双体船的主要载荷。文章根据CCS(2005)、ABS(1999)规范及船模试验所得载荷值,对小水线面双体船横向对开力的估算公式进行重新回归,提出CCS(2005)修正公式;对规范中小水线面双体船强度校核时合理的载荷大小及相应的工况组合形式进行探讨,提出更为危险的60。/120。斜浪工况组合情况;并选取6种较为严重的典型工况进行全船有限元分析,得到各典型工况下船体结构的应力分布特点,为小水线面双体船的载荷估算及初步设计提供了理论依据。

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量。本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化。结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件。优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值。