基于船间水动力近似数学模型的操纵运动预报

船间水动力的确定是研究船舶相遇、追越问题的基础,为快速对追越船间的操纵性能进行预报,提出了船间水动力和力矩预测近似数学模型,建立了追越船间运动数学模型,并对建立的考虑船间水动力的操纵运动预报方法进行了测试研究。基于船间水动力和力矩预测近似数学模型,对舵角、船间水动力和力矩无量纲系数随相对距离的变化规律进行了对比分析,并对不同速度下水动力和力矩系数进行了预报分析,最后将所建立的追越船间运动数学模型与商业导航模拟器预测结果进行对比,同时进行了追越船间的操纵运动预报,结果表明:建立的船间水动力近似数学模型和操纵运动模型预报结果准确,计算速度快,可以用于导航器的仿真系统。

基于神经网络的船舶操纵运动水动力预报

以散货船和油船为例 ,采用神经网络方法 ,利用 matlab语言 ,完成船舶操纵运动的水动力预报 .研究结果表明 ,只要选择适当的学习样本、网络结构和学习算法 ,神经网络的水动力预报精度在实际中可以接受 .

顶浪中船舶水动力计算与运动模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)方法建立数值波浪水池,对顶浪中航行船舶的水动力与运动进行数值计算研究。推导出一种船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达方法并进行模拟验证,计算不同航速下顶浪中Wigley-III船模所受的水动作用力,以及顶浪中航行的Wigley-III船模的运动。通过将计算结果与DUT(Delft University of Technology)相关的试验数据进行比较,吻合良好。研究表明:基于数值波浪水池的数值模拟较试验更容易实现和控制,能够获得船体周围详细的流场信息,在波浪中舰船水动力性能与运动的研究等方面具有广泛的适用性。

基于船舶水动力的六自由度a&ω运动参数发生器

针对传统轨迹发生器生成的轨迹和运动参数不符合实船特性问题,依据分离式结构模型六自由度船舶运动方程,分析不同运动状态的船体、桨、舵的水动力和力矩,推导静水条件下六自由度线加速度和角速度(a&ω)模型;提出以档位固联转速建立纵向线加速度的二阶模型,用二阶系统的阻尼比和自然频率表示档位切换时船舶的加、减速性能;采取极大似然估计的递推算法辨识模型中的未知参数;基于某船的实测数据,验证该运动参数发生器的有效性,并评估仿真准确度。仿真结果表明,该发生器能够生成线加速度、角速度、姿态、速度、位置共计15维运动参数,且各运动参数的准确度在95%以上。

基于数值分析的船舶斜航运动水动力研究

以ITTC操纵性技术委员会组织的船舶操纵性比较研究中推荐的KVLCC2为研究对象,通过求解不可压缩黏性流体的RANS方程,对该船模的斜航运动的黏性流场进行了数值模拟,得到作用在该船模下不同漂角下的纵向水动力、横向水动力和艏摇力矩,分析了船体表面的压力系数分布和船体周围漩涡流场分布,将计算结果与实验数据进行对比,吻合较好,同时,采用最小二乘法进行曲线拟合,求得船舶操纵水动力导数,通过对结果分析可得,采用数值分析的方法求解船体斜航运动可满足工程计算要求。

船舶动力定位系统最优控制器的仿真设计

根据动力定位船舶运动模型进行仿真建模,给出一种基于Kalman滤波的LQG控制器的仿真设计,并进行系统仿真实验。结果表明滤波器和控制器性能良好,仿真设计切实可行。

分离涡对船舶操纵运动水动力的影响

为了探讨船体分离涡对船舶操纵运动水动力的影响，文中给出了计及“涡的影响因子”的自由表面条件．在新的定解条件下计算了船舶操纵运动时的横向水动力。

船舶纵向运动水动力参数模型的建立及分析

针对船舶在海上运动的全天侯情况,在分析442T水面舰艇水动力参数的基础上,提出了一种建立船舶纵向运动水动力参数模型的方法。基于船模水池实验,依据切片理论得到典型海况下的水动力参数,采用最小二乘法和插值法建立船舶纵向运动全天候水动力参数模型并进行仿真研究。结果表明:该模型合理并且实用;该模型可实时在线的计算出船舶在任何航向、航速及海情下的且与频率无关的水动力参数,从而构造出船舶纵向运动控制模型。

用面元法预报船舶螺旋桨的水动力性能

利用基于速度势的低阶面元法预报船舶螺旋浆的水动力性能 .文中采用了计算较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程 ,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的缝隙 .Newton_Raphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件 ,使浆叶上下表面的压力在随边有良好的一致性 .在计算面元的影响系数时 ,应用了Morino导出的解析计算公式 ,加快了数值计算的速度 .为避免数值求导中的奇异性 ,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布 .最后用本文方法预报了普通桨和大侧斜桨并与实验数据及其它计算结果进行了比较分析 .

月池水动力特性及其对船舶运动的影响研究

针对某深水多功能水下工程船,运用模型试验方法开展月池的水动力特性及其对船舶运动的影响研究。研究结果表明,该船的月池对外界波浪具有较好的屏蔽作用,月池内波面相对升高与船外相比明显降低,但其对船舶运动的影响有限。此外,从月池内波面相对升高的响应谱来看,月池内水体的振荡具有明显的双峰特性,而月池自激振荡对月池内相对波面升高的影响非常显著。从能量的角度对自激振荡的影响程度进行定量分析,研究成果有助于定量分析月池的振荡特性并为该类月池的设计提供参考。

数值波浪水池中船舶水动力系数测试与分析技术

以CFD理论为基础,建立了数值波浪水池,给出了一种基于三维数值波浪水池的船舶水动力系数测试与分析技术。对Wigley-III船模在数值波浪水池中受迫振荡进行了数值模拟,计算分析了船体垂荡、纵摇及纵荡运动的附加质量与阻尼,并与三维势流理论计算结果进行了比较,两者吻合良好。此方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。

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。

操纵运动船体水动力计算

提出一个适用于船舶初步设计阶段计算船舶操纵运动水动力的方法，给出了与船体表面局部线型相关的非线性力的估算方法。通过对方型系数Cb值为0.57～0.835艘船模的具体计算，结果表明与其相应的约束模试验结果吻合良好。本文方法可用于操纵运动数值模拟，也能作为港内低速大漂角航行船舶的运动模拟。

基于RBF网络的操纵水动力预报

在船舶初始设计阶段，要求设计者能够在不断调整船舶主尺度和船型系数的同时，了解所设计船舶的操纵性能指标．其中，操纵水动力导数预报的精确程度无疑对整个船舶操纵性预报工作具有至关重要的影响．文中基于径向基函数（RBF）网络提出了预报操纵水动力导数的新方法，并且与试验结果、线性回归方法预报结果进行了比较，与试验结果较为一致．

二维浮体大幅运动水动力物面非线性时域解

基于时域自由面格林函数，建立了线性自由面条件下计及物体大幅运动瞬时湿表面条件的非线性水动力理论计算模型重点研究了时域分布源在水线上的特性，指出了传统分布源法在处理浮体与自由面外张斜交时计算失败的原因，并提出了新的时域分布源数值计算模型。

水平面大振幅平面运动机构用于水下运载体水动力系数的研究

水平面大振幅平面运动机构是研究船舶操纵性的重要设备,它用于测定水面船舶的水动力系数。上海交通大学将它用于测定水下运载体水平面与垂直面的线性、非线性和耦合水动力系数。本文介绍其原理、方法与试验结果。

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

针对船舶在海上运动的情况，提出了一种水动力模型的建立方法．依据切片理论建立了不同浪向下船舶纵向运动的水动力模型．基于船模水池实验，在分析442t水面舰艇典型海况下水动力系数的基础上，通过仿真研究，推导出一种实时在线的船舶纵向运动控制模型；给出了计算实例并进行了误差均值和误差方差的可信度检验，置信度95％．该模型可实时在线地计算出船舶在任何航向、航速及海情下与频率无关的船舶纵向运动水动力系数，从而得到实时在线船舶纵向运动控制模型．所建立的水动力模型拟合均方差的相对值在0．4％～13．9％，平均拟合均方差的相对值为6．6％．通过MATLAB仿真计算证明：该模型完全能控、完全能观和渐进稳定．

面元法预报螺旋桨水动力性能

采用面元法预报螺旋桨水动力性能，桨叶和桨毂表面离散为四边形双曲面元，每个面元上布置等强度源汇和偶极子分布，螺旋桨尾涡面也离散为布置等强度偶极子的四边形双曲面元．桨叶随边处通过迭代实现非线性等压库塔条件，通过螺旋桨敞水性能和桨叶压力分布的计算结果与试验结果的比较．

基于RANS法的船舶阻力及自由运动预报

文章介绍了基于RANS法求解船舶自由运动水动力性能的方法。通过对流域设计、网格划分方法、运动求解法及湍流模型的选择等进行完整的讨论与分析,提出了一套求解船舶自由运动的RANS方法。以低速船(KCS型船模)及高速船(Fridsma滑行艇)为计算对象,计算结果验证了RANS法在预报船舶自由航行时水动力性能的实用性。

深海作业平台无动力上浮过程水动力分析及运动仿真研究

本文在-180°~0°攻角范围内,对上浮平台的流场进行了研究,结果表明大攻角下扁平体平台的分离流动及涡系非常复杂,从而造成了相应水动力的强非线性。扁平体平台垂直面内的旋转阻尼大,整个上浮过程呈现以攻角变化为主的运动特点,本文提出了在运动方程中采用“变攻角基准状态”的水动力表达方法,即位置力插值,剩余项采用传统增量模式,从而提高了上浮全过程及稳态解的预报精度。上浮运动的系列仿真揭示了抛载重量、抛载位置、初始状态对上浮全过程的影响规律。本文据此对工程上抛载提出了建议。研究结果表明,该深海作业平台无动力上浮过程具有较好的上浮安全性。