船用机械系统线谱展频技术研究

机械系统线谱噪声是重要的水声探测和识别特征,减振降噪技术主要针对其量级进行控制。针对线谱能量在频域集中的特征,提出一种展频运行策略,可在功能不变的同时将其能量在频域进行展宽,削弱其可供识别的频域特征。船用离心泵台架试验表明,提出的展频运行策略工程可行,随着频率分辨率的细化降低线谱峰值的效果可达7~15 dB。

二维图纸驱动三维建模的方法

针对船舶设计过程中二维图纸和三维模型之间缺乏有效关联关系的现状,开展二维图纸驱动三维模型的方法研究。开展常用二维原理图绘制软件CAD和SP P&ID的对比分析;针对CAD软件和SP P&ID两种软件输出的不同形式的二维原理图,分别开展二维原理图驱动三维模型的方法研究,分析二维原理图驱动三维建模的流程,研究二维原理图驱动三维建模的机理,解决二维原理图和三维模型之间数据分离的问题,提高船舶设计效率。

海流对水下航行器运动及载荷影响研究综述

水下航行器不仅在民用领域扮演着重要角色,在军事领域内也同样得到了广泛应用,具有广阔的应用前景。但水下航行器在航行过程中易受海流环境的影响,使其水动力参数呈现不确定性,进而导致运动姿态控制困难,航行发生偏移,增大航行成本,甚至还会影响到水下作战任务的完成以及碰撞事故的发生,危及航行安全。在梳理不同水下航行器在海流作用下的水动力学研究现状的基础上,讨论水下航行器应对海流干扰的控制方法,并对海流作用下水下航行器的发展方向进行展望,为研究复杂海流对水下航行器水动力参数的影响机理和控制器的设计提供一定的参考。

SPD与CATIA之间的三维模型传递方法

针对设计院所与船厂因使用不同的三维设计软件而产生的设计交流障碍,以SPD和CATIA为例,研究二者之间的三维模型传递方法。通过开发相应的IGS文件检查、校正等程序,确保IGS文件在2个设计平台的适应性,实现三维模型在SPD与CATIA之间的双向传递。

高性能近海环境调查船的设计研发

设计了一条专用的近海环境调查船,首先介绍了该船线型优化过程,具体从快速性和兴波两个方面进行分析;接着介绍了本船的主要量度和总体布置情况,并从船舾部分和机电部分介绍了本船的系统配置;最后重点指出本船设计研发过程的难点和重点:减振降噪的处理、机舱的通风和排气的处理、全船重量重心的控制。总体布置和系统配置既要满足CCS规范和法规的要求,又要满足环境调查和科学考察的需要。

基于Smart 3D软件的船舶二维与三维集成设计变更

船舶二维与三维集成设计流程复杂、变更需求大。梳理船舶设计变更研究现状。基于Smart 3D软件,从数据处理、二维与三维映射转换和设计变更管理等方面进行船舶二维与三维集成设计变更关键技术分析,并对船舶二维与三维集成设计变更的可行性进行实例验证。结果表明,基于Smart 3D软件进行船舶二维与三维集成设计变更可有效提升集成设计变更的精度与管理效率。

轴承磨损对轴系横向振动固有频率的影响分析

轴承作为支撑船舶轴系的重要部件,轴承磨损有可能导致轴系共振、故障或完全损坏,进而影响船舶正常运行,因此有必要研究轴承磨损对轴系横向振动的影响。基于动力学方程,建立了一种轴系不均匀磨损情况下的振动计算方法,通过该方法研究了舰船轴系轴承长度、轴承末端磨损量、端部质量以及尾部支撑跨距对舰船轴系固有频率的影响。结果表明:建立的计算方法可以较为准确地计算轴系固有频率,与试验值相比误差在10%以内;随着轴承长度的增加,轴系横向振动频率增加;随着尾部支撑跨距的增加,轴系固有频率逐渐降低;同一支撑跨距下,轴系固有频率随轴系直径的增加而升高;随着轴承长度的增加,轴系固有频率随着轴承末端磨损量增加,固有频率下降变小。

基于AHP-FCA的新能源游船休闲舱室布局评价研究

为了合理评价新能源游船休闲舱室的布局设计并筛选出最优布局方案。建立了基于层次分析法(AHP)和模糊综合评价法(FCA)相结合的评价模型。以新能源游船休闲舱室布局设计评估作为切入点,详细阐述评价指标体系、 AHP权重分析以及FCA评估决策流程,并应用于新能源游船实例分析中。通过对理论阐述和实例评估,验证该评价流程客观准确,为后期休闲舱室布局和优化提供了量化分析参考。

绿色动力公务艇总体设计研究

为大力推进内河公务艇使用新能源、清洁能源作为绿色动力源,研发设计了国内首艘大型内河绿色动力公务艇。首先,阐述了新的绿色动力公务艇总体设计研究的必要性和绿色动力技术在内河公务艇上的应用前景,并以45 m绿色动力港航应急指挥艇为研究对象,确立了该艇的设计研究脉络。其次,在权衡经济性、功能性、主尺度、总体布置的基础上,选用合适的新能源、新材料,并确定合适的航速和续航力。最后,重点研究了混合电力推进系统的空间布置和原理。实船试航结果表明:该艇采用混合电力推进系统的设计是合理的;在混动模式或纯电模式下的最大航速和续航力均超过设计指标;在电池电力驱动模式下,会议室、指挥室、驾驶室等主要功能舱室噪声指标控制为50~52 dB。

大型全回转起重船稳性衡准研究

为了确保起重船的安全,国际海事组织(IMO)及各国船级社对起重船的稳性制定了相应的衡准指标。结合3000 t自航全回转起重船的稳性校核结果,对IMO《2008年国际完整稳性规则》和中国船级社(CCS)《国内航行海船法定检验技术规则》(2020)有关起重船稳性衡准进行研究。根据研究结果建议:CCS应明确起重船稳性衡准的适用范围;对于反向配载的全回转起重船增加吊钩载荷突然丧失的稳性衡准要求。

中大型无人船舶自主控制系统架构设计及实现

[目的]自主控制系统作为无人船舶的核心系统,负责协调全船其他系统,共同完成各项既定使命任务,是无人船舶技术的重要研究方向。[方法]首先,借鉴主导人类智能的“神经系统”的生理学结构和认知机制,归纳出对于无人船舶自主控制系统架构仿生设计的6点启示。然后,基于这些启示,从“中枢神经系统”和“周围神经系统”两个维度,研究自主控制系统的物理架构及其典型实现。最后,借鉴人类智能的信息处理流程,提出8大功能模块构成的自主控制系统的功能架构以及面向服务架构(SOA)的设计思路。[结果]经研究得到了无人船舶自主控制系统物理架构和功能架构,[结论]其可为中大型无人船舶自主控制系统的总体架构、系统设计与产品研制提供路线参考。

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。

面向CAD/CAE一体化的船体结构有限元建模方法

船体结构有限元分析是船舶研制中的一项重要工作。其中,船体结构有限元网格的质量对分析结果有着重要影响。随着CAD/CAE一体化的发展,直接将CAD设计模型转换为CAE有限元分析模型已成为普遍做法,然而船体结构复杂,仍需耗费大量人工时间对生成的有限元分析模型进行网格调整与优化,这严重影响了设计效率和质量。针对这一问题,本文提出一种船体结构有限元建模方法,将主流网格处理软件与专项功能开发结合,实现网格自动优化,减少人工处理工作量。以某集装箱船的货舱舱段进行了验证。结果表明,本方法在确保网格质量满足要求的同时,能够减少设计人员工作量,提高网格处理效率。

渐递进邮轮造型与功能布局逆向设计方法

为了形成我国邮轮的自主设计能力,提升在邮轮概念方案阶段中的智能化设计水平,提出一种渐递进邮轮造型与功能布局逆向设计方法。在剖析大型邮轮外观形态特征和内部功能区布局特征基础上,形成中大型邮轮典型特征值船型库,采用匹配值和关联值等逆向设计法来生成设计船造型与方案,并基于RHINO的二次开发,编制一套专门针对中大型邮轮上层建筑造型和内部功能区布局概念方案设计的软件模块,进行示例验证。结果表明,该方法生成的设计方案与原船设计拟合相似度高,方案逆向还原性强,证明应用该设计方法生成的方案具有直观性和可行性。该方法的实施可有效帮助设计师与船东来描述和展现邮轮船型方案,为将来进一步构建“邮轮设计脑”做出积极探索。

舰船环境适应性设计方法探索与实践

探索舰船环境适应性的设计方法,以提高舰船在各种复杂环境下的适应能力。分析了舰船环境适应性设计中面临的若干问题和改进提高方向,参考借鉴国内外航空航天、电子等行业成功经验,提出了指导舰船环境适应性设计的主要设计原则和工作内容。围绕改善环境条件、加强耐环境能力设计这2个方面,提出了3种环境适应性设计方法,包括基于规范的设计方法、基于环境仿真的设计方法、基于预使用验证的设计方法。根据舰船风浪环境适应性设计的特点和要求,选择采用环境仿真和模型试验技术开展了应用研究。基于分析结果,提出了增加水线面系数、调整浮心、优化线型等多项改进措施建议。采用环境仿真和模型试验相结合的方式,可有效支撑舰船风浪环境适应性设计和评估,这一方法具有较高的工程推广应用价值。另外,未来应加大环境仿真技术的研究和应用力度,尝试开展多因素综合环境仿真,以进一步提高舰船的环境适应性。

基于代理模型技术的江海直达船体结构可靠性优化设计

为提高船体结构可靠性优化设计这类多参数、高维度、高非线性优化问题的效率,弥补传统船体结构确定性优化设计对影响结构安全不确定性因素考虑的欠缺,本文以一艘江海直达船为研究对象,采用BP(Back Propagation)神经网络代理模型技术,结合SMOTE(Synthetic Minority Oversampling Technique)过采样算法增加极限状态失效面附近样本点数量,实现以较少的样本点获得较高精度的船体舱段结构极限状态代理模型,进而利用蒙特卡洛抽样模拟方法编制船体结构可靠度计算程序,在结构可靠性分析的基础上以降低船体舱段结构重量为目标,采用模拟退火优化算法开展船体结构可靠性优化设计。本文建立了一套完整有效的、基于代理模型技术的船体结构可靠性优化设计系统,有效提高了优化设计的效率,对江海直达船体结构可靠性优化设计具有指导意义。

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。

舰载导弹武器跨大甲板安全射界设计方法

目前,传统船型的舰载武器安全射界设计主要采用光学射线法确定武器安全射界,在全贯通甲板舰船设计中往往涉及到导弹武器跨大甲板发射,该方法并不能完全适用。本文以“黄蜂”级两栖攻击舰配置的“海拉姆”舰空导弹为例,在射界设计中引入飞行时间概念,考虑弹体飞行和船体运动的空间轨迹交互,探讨舰载导弹武器跨大甲板条件下的安全射界设计方法。

浮式风机平台设计研究综述

大力发展风力发电技术是国家推动能源低碳转型、实现“双碳”目标的核心路径。随着陆上风电和近海风电资源开发逐渐饱和,风电开发从近岸走向深远海成为风电行业发展必然的趋势,而浮式风机平台的研发与优化是推进海上风电向深远海区域发展的关键。基于对国内外浮式风机平台发展现状的研究,进一步分析浮式风机平台设计中气动载荷、水动力载荷、系泊系统、耦合分析方法以及常用数值模拟工具的研究现状,重点梳理以提升结构稳性和降低成本为驱动的浮式风机平台的关键技术思路及构型特点,总结浮式风机平台优化的研究现状,以及其设计中存在的问题与挑战,以期为相关领域研究人员提供技术参考。

基于CFD的某远洋围网渔船纵倾节能技术

为响应联合国粮农组织(FAO)提出的“蓝色倡议”和海洋经济可持续发展要求,降低某40 m远洋围网渔船整个营运周期的能耗和运营成本,提高远洋渔船的能效管理技术水平,本研究依托渔船数字化研发平台,基于雷诺平均方程法(RANS),运用计算流体力学(CFD)分析软件STAR-CCM+对该远洋围网渔船不同吃水、不同纵倾状态下的船舶阻力进行仿真计算,分析其阻力的变化规律并寻找不同吃水不同航速下的最佳纵倾角度,针对围网渔船完整营运周期中关键工况点的排水量和航速需求,建立全工况最佳纵倾操作手册和主机功率的经济性选择方案,并通过船舶正浮状态和最佳纵倾状态能耗对比计算验证纵倾优化的实际节能效果。研究结果可为同类型远洋渔船的节能减排优化设计和运营管理提供案例参考。