船舶操纵水动力导数的灵敏度分析

船舶操纵水动力导数的灵敏度分析通常用于评价水动力导数的变化对船舶操纵运动的影响.从船舶操纵运动数学模型出发,提出了一种水动力导数灵敏度分析的直接方法.以Mariner船为研究对象,通过15°/15°Z形仿真试验,对Abkowitz模型中包含的40个粘性类水动力导数进行了灵敏度分析,并基于分析结果对模型进行了简化.通过比较简化模型及原模型的20°/20°Z形仿真试验结果,验证了所提出的水动力导数灵敏度分析方法的有效性.

船舶浅水水动力导数的数值计算

船舶浅水水动力导数对研究浅水中船舶操纵性有重要的意义。以"Mariner"船模为研究对象,采用Realiz-ablek-ε湍流模型来封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,对两种水深的浅水定漂角、定舵角、纯艏摇试验进行了数值模拟。实现了浅水水动力导数的求取,并将计算结果与模型试验结果进行对比,验证了方法的有效性。

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法。[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法建立DTMB 5415船模的操纵数学模型,并利用龙格-库塔算法进行求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析水动力导数对这2种操纵运动的敏感度。[结果]结果显示,采用所提方法得到的操纵轨迹和衡准参数仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形操纵运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有所改善;水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。[结论]研究表明采用所提方法进行船舶操纵性预报方法可行,可在满足工程应用精度的同时大大减少计算成本,尤其适用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。

近水面细长体的水动力导数数值计算

引进细长体的假定 ,把三维的流体运动问题化成了二维的非定常问题 ,前面剖面对后面剖面的干扰作用用积分表示 ,改善了切片理论。根据物面条件把整个问题的求解分解为兴波问题和振荡问题 ,而振荡问题可由兴波问题的适当组合表示出来。这样 ,大大简化了问题的求解。作为例子 ,本文用数值方法计算了细长回转体的水动力导数 。

基于操纵运动方程的水动力导数计算方法研究

基于STAR-CCM+软件平台,采用RANS方程和VOF算法,针对某一具体船模进行PMM运动数值模拟,考虑自由液面的兴波与航行过程中船模姿态的变化。建立船模按斜航运动、纯横荡运动以及不同振荡模式下首摇运动3种工况下的操纵性水动力导数求解方法。并将仿真计算结果与采用回归方程求得的结果进行比较,证明基于STAR-CCM+软件平台该方法求解水动力导数的有效性。

一种船舶操纵水动力导数的计算方法

以船舶操纵性预报为研究背景,针对某一民用打捞船型,基于CFD方法,借助STAR-CCM+平台,运用RANS方程及VOF算法,对船模进行数值模拟PMM试验,考虑航行中自由液面兴波和船模姿态变化,设计了船模按纯横荡运动及某固定频率下艏摇运动的船舶操纵水动力导数求解方法,并以采用回归方程求得的结果作为依据与数值计算结果相印证,表明所求水动力导数的有效性以及求解方法的可行性。

基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析

船舶操纵水动力导数的灵敏度分析是简化和重建船舶操纵运动数学模型的主要手段。本文使用平方损失函数方法对船舶操纵水动力导数进行灵敏度分析,并基于灵敏度分析结果对Mariner船的操纵运动数学模型进行简化。通过基于简化模型和原始数学模型的操纵运动仿真对比,验证了基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析方法的有效性。

船舶碎冰区斜航运动的水动力导数预报

目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达到冰块与水耦合作用,并选用小漂角工况分别为0°、2°、4°、6°、8°进行了斜航运动数值模拟。忽略自由液面的影响。分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶所受的侧向力以及转艏力矩,通过对各漂角下无因次后的力以及力矩拟合从而求解出各个水动力导数。考虑冰块的干扰具有随机性所以采用干扰后的力以及力矩最大值以及最小值分别求解对应的水动力导数,形成一个水动力波动区间,更为真实地预报冰水耦合下的船舶水动力导数。通过计算结果表明,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与模型统计公式计算值相差不大,冰水耦合后部分水动力导数波动区间端点值出现正负,冰水耦合后水动力导数随机性较大。

船舶碎冰区横荡运动的水动力导数研究

目前敞水水动力导数的研究较为成熟,针对冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。本文使用STAR-CCM+软件中DEM颗粒模拟碎冰粒子,求解碎冰区冰水混合介质中船舶横荡运动水动力导数。通过开启DEM模块下双向耦合模式,进行动量、能量交换达到冰块与水耦合作用。选取低频频率f分别为0.06 Hz、0.08 Hz、0.1 Hz、0.12 Hz、0.14 Hz进行横荡运动数值模拟,忽略自由液面的影响,分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶各运动频率下所受的侧向力以及转艏力矩,并通过对各频率下无因次后的力以及力矩拟合来解出部分水动力导数。通过计算得知,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与统计公式计算值相差不大,冰水耦合后大部分水动力导数在低频率下明显大于敞水工况下的水动力导数,而水动力导数Yv’值比敞水工况值小。

近水面三维物体水动力导数的数值模拟

本文用压力波方法求解了近水面三维物体作操纵运动的水动力导数,运动可以是大幅度的,但自山面条件是线性的。整个问题由自由面上分布偶极子和物面上布置源汇来模拟以后。

带环形翼潜体水动力导数的数值计算

在定常、有势、不可压流的前提下,对由回转体、附体围壳、十字翼和环形翼组成的潜体的水动力导数,采用奇点分布法进行了计算.计算中在潜体表面布置源汇和偶极子以模拟厚度影响及升力效应,并探讨了封闭体奇导性问题的解决方法,计算值与试验结果符合良好.在展弦比相同时,环翼升力线斜率是平面无后掠翼的两倍.

水动力导数的系统辨识

本文以伪随机二进制信号(PRBS)操舵,用同时测量轨迹与航向角的方法,计算得到漂角β,从而辨识了白箱模型(2.1),获得了操纵运动的水动力导数。并与PMM试验结果进行了比较,证实了本文方法的有效性。

浅水中船体操纵水动力导数计算方法的改进

本文针对一般估算浅水中船体水动力导致的理论计算偏于保守的问题,提出了简便的改进方法,指出船舶操纵运动,特别是变船速下计算水动力导致时应考虑船体下沉。文章将修正值与试验值进行比较,两者吻合的程度有改善的趋势。

潜体水动力导数的CFD计算方法研究

操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一.研究潜艇的操纵性,需要对潜艇的操纵运动进行预报,因此求得所有的水动力导数值成为操纵性理论分析的前提.利用CFD技术和动网格技术数值模拟小振幅平面运动机构试验,求解了椭球体的水动力导数,并将加速度系数与理论值相比较.流场的求解基于RANS方程和RNGkEpsilon湍流模型,动网格的处理采用Hrvoje Jasak和Zeljko Tukovic的方法,压力和速度的耦合采用PIMPLE方法解耦.流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解,网格运动的控制方程采用有限元方法离散,网格的分裂采用体和面同时分裂法.结果表明该方法是可行的,从而为潜艇操纵性的理论预报做出一些有益的探讨.

一种操纵性水动力导数的实用估算方法

目前有很多诸如最小二乘、卡尔曼滤波等系统辨识方法用于船舶操纵性水动力导数的估算 ,但涉及神经网络的甚少 .随着神经网络技术的日益成熟、完善 ,神经网络在船舶操纵性领域的应用将成为可能 .文中介绍了一种基于线性船舶操纵运动方程的水动力导数估算方法 ,建立了一种基于神经网络的系统辨识模型 ,并将其应用于分析实船试验数据 。

基于智能控制的船舶水动力导数敏感性分析方法

[目的]为了获得用于智能控制的船舶运动简化数学模型,以Mariner船为研究对象,提出结合标准操纵性试验与比例−积分−微分(PID)航向控制试验的敏感性分析方法。[方法]将控制指标、操纵性指标及整个时历过程典型运动状态变量平方损失进行复合分析,得到包含多维敏感性系数的数据集;引入K-means机器学习算法对该数据集进行聚类分析,完成水动力导数敏感性强弱的自动划分,进而对模型进行简化,并对所提简化模型、前人简化模型和完整模型的航向控制与航迹控制进行仿真试验。[结果]试验结果验证了所提敏感性分析方法的有效性,显示所提模型具有更高的操控预报精度。[结论]研究表明所提方法对指导基于智能控制的船舶运动建模具有一定的意义。

呆木对供应船线性水动力导数影响的研究

以供应船为研究对象,采用CFD商用软件FLUENT,结合动网格技术对平面运动机构(PMM)试验进行了数值模拟,得到不同呆木面积所对应的船舶水动力,进而获得相应的线性水动力导数,并分析了数值计算结果的合理性,得出水动力导数随呆木面积变化的趋势图。该结论可以为供应船舶操纵性能预报以及呆木设计的研究提供一定的参考。

基于CFD方法求取供应船位置水动力导数回归公式

以动力定位船为研究对象,通过船型变换生成供应船的系列船型。基于CFD数值模拟约束模平面运动机构(PMM)试验中的斜拖试验,得到系列船型在不同漂角时所受的横向力和转艏力矩,经最小二乘法拟合求得各船型的位置水动力导数。在此基础上,通过多元回归,得到位置水动力导数关于船型参数的回归公式,以为设计阶段动力定位船位置水动力导数的确定提供简便的方法。

船舶操纵线性水动力导数计算方法研究

以粘性流场中船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶的线性水动力导数进行了数值计算.考虑变舵角、斜航、纯横荡、纯首摇运动状态,得出随船坐标系下作用于操纵运动船体的水动力及力矩,并对之采用最小二乘法进行曲线拟合得到船舶操纵运动的线性水动力导数,数值计算结果与理论估算值吻合.稳定的计算结果表明该方法可用于复杂船舶运动的水动力导数计算.