无人帆船最大航速控制的风帆攻角研究

风帆侧推力影响帆船阻力和航向稳定性,从而影响航速乃至使帆船失去航向。为使无人帆船在稳定航行中保持最大航速,对侧推力影响下帆船航速的风帆攻角作用规律进行研究。采用CFD技术对风帆空气动力特性进行数值模拟,获得风帆作用力系数曲线;基于响应型三自由度船舶操纵分离(MMG)方法建立目标帆船运动仿真模型,生成侧推力影响下不同风况和攻角对应的帆船航速簇曲线,分析获得无人帆船最大航速控制的风帆攻角策略。研究结果为无人帆船风帆攻角控制器的设计提供了理论参考。

帆船最小回转直径下风帆攻角研究

为使帆船具备更优的回转性能,探究风帆攻角操纵策略对帆船回转直径的作用规律。综合目标风帆作用力系数分别对不同风帆攻角方向和帆船回转方向的影响进行分析,获得不同风况下可利用风帆攻角范围;基于响应型三自由度船舶操纵分析(MMG)方法建立帆船运动仿真模型,分别生成帆船向右、向左回转下不同风况和风帆攻角对应的帆船回转直径簇,分析获得帆船最小回转直径控制下风帆攻角策略。研究结果为优化回转性能风帆攻角操纵策略的设计提供理论参考。

船舶微电网锂电池储能系统容量配置多目标优化方法

[目的]针对船舶发电微电网的功率波动平抑问题,提出一种锂电池储能系统(ESS)容量配置的多目标优化方法。[方法]首先,建立以储能系统成本、电网功率波动平抑、能量供求平衡为目标函数的优化设计模型;然后,针对模型优化,设计基于分解的多目标差分进化算法(MOEA/D-DE)的求解方法,并以某双燃料(柴油-天然气)电力推进船舶微电网为对象,使用Matlab编程求得最优解集,按照子目标函数的不同权重分配进行多属性决策;最后,得到不同权重分配方案的最优解。[结果]仿真得到的5种方案的结果都满足功率波动平抑的目标,且成本和储能系统寿命损耗目标受权重分配的影响明显,实现了预期效果。[结论]所提方法对船舶锂电池储能系统容量配置具有参考意义。

基于加权马尔可夫链修正的ARIMA预测模型的研究

为改善因频繁事后维修导致的设备使用寿命骤减问题,提出基于加权马尔可夫链修正的差分自回归移动平均(ARIMA)模型来预测设备状态参数,做到事后维修转化为视情维修。考虑到ARIMA模型存在一定偏差和不稳定性,引入加权马尔可夫模型对ARIMA模型残差序列进行分析。采用状态特征值结合线性插值法将预测的残差状态转化为具体值,残差修正的预测值为最终状态值。以预测船舶海水出口温度为例,对比分析单一ARIMA模型和修正的ARIMA模型的预测结果。结果表明:修正的模型预测精度较单一ARIMA模型显著提高,具备可行性和有效性。

优化船舶主机燃油喷射系统故障诊断的GA-Elman神经网络

RBF神经网络进行船舶主机燃油喷射系统故障和诊断的过程中存在着精度不高、误诊率高的缺点。针对这种情况,引入以Elman神经网络为基本识别模型,使用改进遗传算法(GA)对网络的权值和阈值进行优化;使用船舶主机燃油喷射系统故障样本对优化后的算法进行训练并对待识别故障样本进行仿真。对比普通Elman神经网络模型、GA-RBF神经网络模型、GA-Elman神经网络模型的诊断结果。仿真结果显示,改进的GA-Elman神经网络不易陷入局部最小值,误差小,在故障诊断方面优于Elman神经网络和GA-RBF神经网络。

基于CFD技术的无人帆船控帆策略研究

为使无人帆船高效地利用风能,开展了无人帆船控帆策略的研究。首先采用Computational Fluid Dynamic(CFD)技术分析帆船的帆翼的气动特性;然后以帆翼推力性能最大进行优选,得到每一航向角所对应的最佳攻角,即为理论控帆策略;最后利用试验船进行湖试试验,验证了文章控帆策略的正确性和可行性。