基于一次回归正交设计的船舶柴油机掺烧丁醇性能优化

为优化丁醇-柴油双燃料发动机的性能,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型,利用AVL-FIRE仿真软件建立双燃料发动机高压循环模型,并通过原机验证模型的准确性。在确定丁醇掺混比例为20%后,运用一次回归正交试验设计方法对燃油系统5个参数进行优化,找出指示功率最大值和NOx排放量最小值的参数组合。结果表明:建立的指示功率、NOx排放量预测模型的准确度较高,可用于参数优化匹配研究;指示功率最大参数组合为废气再循环率0%、进气压力0.233MPa、进气温度325.15 K、喷油提前角22.6°CA、喷油孔直径0.26 mm;NO排放量最低参数组合为废气再循环率12.5%、进气压力0.173 MPa、进气温度355.15 K、喷油提前角16.6°CA、喷油孔直径0.32 mm;相较于原机,优化后的指示功率和NOx排放量分别提升7.4%和降低98.3%。

掺烧不同比例的异戊醇对船舶柴油机性能的影响

为了研究不同比例的异戊醇/柴油混合燃料在4190Z L C-2型船用中速柴油机中的燃烧和排放特性,运用AVL_FIRE仿真软件建立柴油机燃烧室模型,并通过台架实验验证其仿真模型的准确性。在仿真软件中通过调整异戊醇在柴油中的掺混比来研究混合燃料对柴油机燃烧和排放性能的影响。结果表明:掺混异戊醇有助于改变NO的生成规律,使NO在速燃期的生成量上升,在缓燃期与后燃期的生成量减少,并且总体生成的NO质量分数降低;随着异戊醇掺混比的上升,CO最终生成质量分数下降,Soot最终生成质量分数上升,同时生成的Soot质量分数峰值降低,在缓燃期的氧化速率增快,并因为较快的耗氧量使得最终生成的Soot质量分数比纯柴油的高。

基于YOLOv5算法的多尺度小目标船舶识别方法

为提高海面多尺度小目标船舶的识别性能,提出一种数据集划分方法,并在YOLOv5算法中改进数据增强方法,融合注意力机制,改进损失函数。实验结果表明,该方法能更好地识别海面上的多尺度小目标船舶,平均精度(mAP)、精确率(P)、召回率(R)分别为99.1%,98.5%,97.5%,识别性能比经典深度学习算法和近几年的方法都高。

基于更快区域卷积神经网络的多视角船舶识别

针对在复杂海洋环境下采集船舶多视角图像难度大、不同视角下船舶外观差异显著的问题,本文以自制的不同类型的多艘船舶的多视角图像为数据集训练更快区域卷积神经网络模型,利用平均F1分数、平均精度和平均误检率作为评价指标评估更快区域卷积神经网络模型对不同视角船舶的识别性能,并通过识别不同船舶的F1分数和误检率分析更快区域卷积神经网络对不同质量、背景图像的识别能力。实验结果表明,更快区域卷积神经网络识别多角度船舶的平均F1分数为0.6969,平均精度为92.88%,平均误检率为8.34%,即更快区域卷积神经网络对多视角船舶有较高的识别能力,但对于有雾或昏暗环境下的低像素图像识别能力明显下降。

动力定位船舶推进器速度跟踪半实物模拟系统研发

船舶动力定位系统(Dynamic Positioning System,DPS)主要由测量子系统、控制子系统和推进子系统组成。本文在前期研究基础上,结合推进器速度跟踪控制方法,采用发电机+可调负载的模式模拟未知海况下变化的负载,研发了C#和调速系统的通信接口,同时采用转速传感器反馈推进器的实际转速并在软件界面上显示。通过研发实际的半实物模拟系统,实验数据表明,在负载扰动下,模拟系统能够有效地跟踪推力分配发出的速度指令信号。

结合空洞编码器和特征金字塔的中心点船舶检测

为了进一步提高基于深度学习的船舶目标检测技术的检测精度,在无锚框中心点检测算法基础上,提出一种结合空洞编码器和特征金字塔的改进中心点船舶检测算法。采用Res Ne Xt-50网络对船舶图像进行特征提取,引入基于空洞残差的空洞编码器(DE)增大32倍下采样特征图的感受野,生成覆盖多个目标尺度的特征图,并采用特征金字塔网络(FPN)进行上采样,在上采样过程中融合空洞编码器生成的32倍下采样特征图和原16倍、8倍和4倍下采样特征图,从而提取到更丰富的船舶特征信息,提升船舶检测效果。结果表明,改进算法对不同类型和不同尺度下的船舶检测平均精确率相比原算法具有较明显的提升,相比SSD和YOLOv3算法具有更高的精度优势。

船舶设计原理课程思政教学改革

专业课程思政是一种现代教育教学理念,新时代要发挥专业知识传授和思想政治教育的双重育人功能。针对目前专业课程实施思政教育存在的问题,以船舶设计原理为例,分析将思想政治教育融入该专业课的实践途径。明确课程思政目标,挖掘课程思政元素,剖析课程思政教学模型及对应的融入方法和措施。通过该专业课程思政改革,促进该专业课程思政教育体系的健全和完善,以期为船舶专业课程思政教学改革打下良好基础。

基于QGA的船舶电力系统故障诊断仿真研究

为了及时准确地发现船舶电力系统故障区域或故障元件,在考虑到断路器不同保护时段内动作状态的基础上,构建0-1整数规划的诊断模型,利用量子遗传算法QGA(Quantum Genetic Algorithm)诊断方法对测试系统中的故障算例进行仿真测试.测试结果表明,在处理相同故障算例的前提下,与传统的遗传算法诊断方法相比,量子遗传算法诊断方法的收敛速度快,稳定性强.

大型船舶上层建筑-主船体剪切耦合方法研究

对于大型客船、豪华邮轮等船舶,上层建筑参与总纵弯曲的程度较大,主船体与上层建筑之间的作用关系非常复杂。探究大型船舶上层建筑-主船体间的各向耦合关系对于改善大型船舶的力学性能、结构安全等具有十分重要的意义。本文基于双梁理论和耦合梁理论,重点研究上层建筑-转换层-主船体之间的纵向剪切耦合关系,提出一种适用于带有大型上建船体结构的简化耦合梁方法。通过建立耦合梁结构的控制方程,获得上建与主船体间的弯矩-曲率关系、剪切耦合关系以及耦合刚度-极限剪切位移之间的关系,从而有效表征大型上建与主船体间的相互作用。经实例分析,验证了该耦合梁方法的准确性和有效性,可以为带有大型上层建筑船舶的极限强度研究、设计优化等提供有益参考。

基于IQGA的船舶电力系统故障定位方法

为了快速精准定位船舶电力系统故障,争取宝贵的船舶电力抢修时间,提出一种改进的量子遗传算法(improved quantum genetic algorithm,IQGA)。首先,搭建船舶电力系统的数学模型,把故障定位问题转化为求目标函数最优问题;接着,将量子计算引入遗传算法(genetic algorithm,GA)中,采用双链量子比特编码方式,改进量子旋转门的角度更新策略;最后,加入量子非门实现染色体变异操作,增强算法收敛性能。仿真实验结果表明,改进量子遗传算法能够精准定位故障区段,并且较传统算法有着更为显著的收敛性能。

船舶氢储直流电力推进系统控制器转速环带宽设计方法

[目的]旨在研究船舶氢储直流电力推进系统中氢燃料电池外特性较软、动态特性不佳、系统稳定性易受推进负载影响的问题。[方法]首先,分析氢燃料电池的输出外特性和船舶电力推进系统的负载特性;然后,搭建系统的船-机-桨模型与永磁同步推进电机(PMSM)驱动控制系统频域模型,再结合氢燃料电池外特性与螺旋桨负载特性,提出一种基于转速环带宽的控制器参数设计方法;最后,根据某母船参数搭建氢储直流电力推进系统的硬件在环实验平台对所提方法的准确性予以验证。[结果]实验结果表明,采用所提转速环带宽设计方法时电机的转速响应无超调,在发生负载转矩扰动时电机的转速波动减少了5 r/min。[结论]该方法可提升船舶氢储直流电力推进系统的综合特性,且易于工程实现。

纳米铜润滑油添加剂在工程摩擦学中的研究进展

纳米铜具有低剪切强度和晶界滑移效应,与减摩剂、抗磨剂、抗氧剂等润滑油添加剂共同发挥协同减摩抗磨和自修复效用,具有较强的工程应用潜力。综述近年来纳米铜作为润滑油添加剂的工程摩擦学研究进展,讨论纳米铜在润滑体系中的润滑机制,总结分散稳定性、粒径及含量等因素对纳米铜颗粒摩擦学性能的影响规律,阐述增强纳米铜颗粒分散稳定性的方法。指出目前对纳米铜添加剂的摩擦学研究和润滑机制的认知仍缺乏系统性和统一性,且由于纳米铜表面较高的自由能,导致润滑油体系稳定性和润滑有效性不确定等问题,制约了纳米铜作为润滑油添加剂的工业应用和推广。最后展望纳米铜添加剂的发展方向。

利用SE-GPR模型对甲醇/柴油混合燃料柴油机性能的预测

为了对柴油机的经济性和排放参数进行高效、准确的预测,根据4190型船用柴油机实验数据与边界参数,建立AVL-BOOST甲醇/柴油混合燃料柴油机仿真模型;利用模型进行仿真实验,并建立甲醇掺混比、废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率、喷油提前角和进气压力4个控制参数对有效油耗率和NO x排放预测数据集;利用该数据集对5种不同核函数的高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型进行训练;最后将最优的平方指数高斯过程回归(squared exponential-Gaussian process regression,SE-GPR)模型、AVL-BOOST仿真数据和柴油机实验数据进行对比。结果表明:在数据量为180组时,SE-GPR模型对有效油耗率和NO x排放均取得拟合关联度99%以上,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为1.859,0.3445,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.954,0.2489;并且,相较于AVL-BOOST仿真实验,SE-GPR模型对实验数据具有更好的拟合性。

基于模糊分析的船用柴油机燃用生物柴油性能优化

为优化生物柴油/柴油船用发动机的综合性能,利用AVL-Fire软件构建混合燃料发动机燃烧室模型,将仿真值与台架试验值进行对比验证其准确性,并通过燃用不同比例的生物柴油确立其最佳掺混比;最后,采用正交试验设计安排5个发动机运行参数进行多参数优化匹配,将NO排放量和指示功率作为评价指标,权重分别设置为0.6和0.4,对试验结果进行模糊数学分析。结果表明:对发动机性能影响大小顺序为EGR率(a_(1))、进气压力(a_(2))、进气温度(a_(3))、喷油提前角(a_(4))、喷油孔直径(a_(5));最优参数组合为:生物柴油掺混比30%、a_(1)=12.5%、a_(2)=0.173MPa、a_(3)=315.15K、a_(4)=18.6°CA、a_(5)=0.32mm,该组指示功率为52.7kW与原机55kW相比略低,NO排放量为5.37×10^(-5)%相比于原机8.5×10^(4)%降低了94.7%。该方法可以在保证发动机动力性的前提下,大幅降低NO排放量。

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

船用双燃料柴油机多参数优化匹配分析

为了减少实验次数,寻找最佳参数匹配,使用正交实验设计方法,选取异戊醇掺混比、喷油提前角、进气温度、扫气压力4个参数的各4个水平进行仿真实验,以NO质量分数和指示功率作为实验的评价指标进行正交设计,运用数据极差分析寻求最佳参数组合。结果表明,得到的最优参数为:异戊醇掺混比为体积分数40%,喷油提前角为22.6°,进气温度为315.15 K,扫气压力为0.233 MPa。在此参数组合下得到最终生成的NO质量分数为0.01102%,指示功率为52.10 kW。可见,在动力性损耗较小的情况下可以实现较高的异戊醇掺混比。

一种在尺度空间下基于边缘的角点目标检测方法

图像中的目标角点位置是实现很多计算机视觉任务的关键数据。为了克服传统检测算法产生的数据冗余问题,提出了一种在尺度空间下基于边缘的角点目标检测方法。首先,构建一个分组多层的尺度空间,将原图投影到其中后得到多个平滑图像。与此同时,采用定义的边缘算子检出平滑图像中所有边缘而得到多个按序存放的像素点集,当点集数量稳定时停止更大尺度的变换。然后,在当前尺度下,计算点集中各元素反映其角点强度的特征值。根据这些特征值变化规律检出角点的支撑集区间,并在此区间中采用高斯拟合函数确定最终的目标角点。实验表明,该方法能够检出特征显著的目标角点及其角度,其中合成图像精度在像素级,应用案例中的平均误差与图幅比约为1.5/100。

融合A^(*)与DWA算法的水面船艇动态路径规划

为解决水面船艇路径规划同时要求全局最优、实时避障和航迹安全可靠的问题,提出了一种基于融合A^(*)算法与动态窗口算法(DWA)的水面船艇路径规划方法。首先通过引入启发函数动态加权策略,提高A^(*)算法的搜索效率;然后综合考虑水面船艇的运动特性,采用一种路径转角节点角度削弱策略,减少转角,缩短全局路径长度;最后,基于全局因素影响与航迹安全约束对DWA算法的轨迹评价函数进行改进,并以全局路径提供子目标点引导DWA算法进行局部规划的方式完成算法融合。实验结果表明,融合算法相比于现有算法的总转向角度分别减少了45.6%、46.0%,验证了融合算法的有效性与可行性,并且相较于其他传统算法更具优越性。

基于太阳能锂电池及柴油发电机组的多能源(光柴储)船舶微网能量控制系统研发

在多能源船舶综合电力推进系统中,船舶微网的可靠性将直接影响船舶航行的安全。构建一类基于太阳能电池、柴油发电机组以及锂电池的多能源(光柴储)船舶微网系统,提出相应的控制策略,研发基于P LC及总线控制技术的控制系统和系统集成技术。实船应用结果表明,研发的控制策略实现了各个能量源的有效管理,船舶多能源微网控制系统运行稳定,提高了新能源的利用率和船舶的续航力。

基于二阶广义积分器新能源船舶电网锁相技术

基于新能源发电单元与柴油发电机组并联构成的新能源混合动力船舶,针对船舶电网具有三相不平衡、含低次谐波、直流偏压以及负载突变时电压与频率瞬态波动大等固有电能质量不佳问题、新能源接口逆变器锁相要求,依据二阶广义积分器(SOGI)具有的低通与带通特性,提出了一种适应于的新能源混合动力船舶交流电力系统锁相电路结构SOGI-FDE-FLL,包括基于SOGI的锁频电路(SOGI-FLL)与基于SOGI的前置级滤波器(SOGI-FDE)两部分,前者实现电压与频率快速而准确的跟踪,后者除高频滤波外,实现了直流偏压的消除及正序分量的提取。通过理论研究与仿真分析,获得了电路参数的优化设计方法。实验结果表明,所提出的基于SOGI锁相电路结构在电网电压幅值、频率跃变时,锁定的电压幅值、频率无振荡,且动态调节时间小于3个低频周期,验证了其在船舶电网电能质量极差条件下锁相速度快、锁相效果良好。