舰船内高能量密度电容过载爆炸损伤分析

文中通过建立电容单元的过载爆炸能量等效模型,运用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解冲击波与结构的流固耦合过程,模拟电容组中电容单元的爆炸过程随不同电容单元间距,不同位置电容单元爆炸对整个电容组的损伤.分析不同工况下电容组的损伤结果,发现增加电容单元间距可以有效地降低电容组整体的损伤程度.在相同位置电容单元爆炸时,不同电容单元间距对正前方和正侧方的电容单元损伤不同:间距增加至2倍时,正前方最大位移约降低32.17%,正侧方电容单元的最大位移约降低24.19%;间距增至3倍时,正前方电容单元的最大位移约降低48.69%,正侧方电容单元的最大位移约降低41.13%.

基于延边三角形接法的24脉波移相变压器设计与电磁特性分析

针对核心设备24脉波移相变压器,从移相原理出发进行设计,并建立场路耦合模型对电磁设计和绕组短路力进行核算,其中关键设计参数移相角与理论值最大偏差仅为0.53%。在此基础上加工实验样机进行实验,移相角度偏差最大仅为0.2°。综合仿真与实验结果,24脉波移相变压器设计有效,且场路耦合模型适用于多脉波移相变压器的电磁仿真。

智能机舱验证平台设计与开发

智能机舱是近年来提出的概念,目前尚处于初级阶段,其功能,如数据采集、特征提取,以及故障诊断等的准确性尚缺乏规范性的验证手段。以某型内河船舶机舱动力系统为对象,基于NI LabVIEW软件平台和现场可编程门阵列硬件开发智能机舱验证平台,结合监测设备工作过程机理,按信号特征、通道,以及接口一致的原则,模拟输出柴油机、辅助发电机、齿轮箱和轴系等设备各类监测信号。通过开发的控制软件,可实现标准的、故障的和设备性能衰退的3类信号输出,为智能机舱系统数据采集、信号特征提取、监测诊断算法,以及健康状态评估算法的准确性和实时性提供验证平台。

深海载人潜水器直流无刷电机驱动控制研究

为提高深海载人潜水器电机工作效率和故障诊断能力,并降低系统工作噪声,对直流无刷电机的高效低噪驱动控制技术进行研究。采用具有智能相位控制功能的三相全波正弦波控制芯片TB6605结合智能功率模块(IPM)设计直流无刷电机驱动器。采用单片机对系统的电压、电流、温度、转速、位置信息进行检测,为控制系统提供必要的信息反馈,对应用直流无刷电机的系统状态起到实时信息监测的功能。实验结果表明,研制的直流无刷电机驱动器在电机全转速范围内具有较高的工作效率,额定工况点效率高达90%以上,且在全转速范围内,提高了电机运转的平稳度,降低了系统噪声。研究成果对提高深海载人潜水器电机的工作效率和故障诊断能力,并降低系统工作噪声具有很好的支撑作用。

带有避障约束的分布式导弹编队饱和控制器设计

对带有外界干扰、输入受限、规划航路存在未知障碍物情形下的导弹编队控制问题进行了研究。首先,基于导弹非线性动力学模型,通过定义位置、速度误差变量,建立了考虑外界干扰的绝对误差导弹编队控制模型。其次,在提出基于避障势函数和双曲正切函数非线性滑模面的基础上,利用自适应技术和抗饱和辅助系统,设计了自适应抗饱和鲁棒导弹编队避障控制器。最后,借助Lyapunov稳定性理论证明了所设计系统状态为渐近稳定的,并通过数字仿真验证了所设计控制策略的有效性。

基于MPPT控制的两级式直流孤岛检测方法研究

针对主动式孤岛检测方法存在扰动同步注入、影响电网供电质量等问题,提出了一种基于最大功率点跟踪(MPPT)控制的两级式直流孤岛检测方法。该方法通过检测并网变换器直流侧电流来判断疑似孤岛,然后利用疑似孤岛信号触发电压扰动的注入使得孤岛后的公共耦合点(PCC)电压出现特定频率的波动。由于扰动信号的注入受疑似孤岛信号控制,减少了正常状态下扰动的注入时长,有效降低对系统电能质量的影响。此外建立小信号模型分析了耦合点电压对扰动分量的频域特性,选取扰动信号的最优频率。最后通过仿真与实验验证了所提方法在单机与多机工况下的有效性。

扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

多型ROV统一操控技术研究

当前操控设备通常只适用于特定型号ROV,为满足深海空间站搭载多型ROV装备统一操控的需求,在调研国外ROV操控技术发展现状的基础上对多型ROV统一操控技术进行研究,梳理ROV操控标准信息接口,完成ROV操控通用软件的架构设计,并提出设备免驱的ROV操控电气接口,可为ROV通用操控设备的研制提供参考。

基于APDL的船用电梯井架参数化建模与仿真

基于APDL软件,对船用电梯井架进行参数化建模和有限元分析,实现了电梯井架的快速设计、优化和分析。具体方法是采用多面体拼接法对电梯井架进行几何建模,然后定义参数化变量,通过改变参数化变量的值来实现电梯井架的参数化设计。最后利用有限元分析方法对电梯井架进行仿真分析。结果表明,该方法能够提高设计效率,减少制造成本,同时也能保证产品质量。因此,在电梯井架的设计和制造中具有一定的应用价值。通过调整参数、进行工程设计的优化,可以在设计阶段找到成本效益最佳的设计方案,从而避免了在后期制造和维护过程中出现意外的高成本,帮助预测维护成本和整个产品的生命周期成本。

智能船舶的发展与展望

在人工智能等新一代信息技术的推动下,智能船舶作为航运业数字智能转型的关键载体,成为推动航运业高质量发展的新引擎。通过分析了赛博航运的发展演化内涵和智能船舶的认知与辨析,梳理了智能船舶的发展现状,包括典型案例的进展、法律法规的修订完善以及基础设施的协同发展。在此基础上,探讨了智能船舶发展面临的关键技术难题和安全风险,对未来技术成熟度、应用广泛度以及基础设施与生产关系的变革进行了预判,并从行业未来的发展趋势角度提出了相关建议。

改进YOLOv8的水面小目标检测算法

针对水面目标检测中的噪声干扰和小目标的漏检问题,提出一种改进YOLOv8的水面小目标检测算法YOLOv8-WSSOD(YOLOv8-water surface small object detection).首先,为降低水面复杂环境在主干网络下采样过程中产生的噪声干扰,提出基于BiFormer双层路由注意力机制构建的C2fBF(C2f-BiFormer)模块,在特征提取过程中保留细粒度的上下文特征信息;其次,针对水面小目标的漏检问题,新增一个更小的检测头,提升网络对小目标的感知力,并在Neck端引入GSConv和Slim-neck,减轻模型复杂度并保持精度;最后,使用MPDIoU损失函数解决CIoU损失函数的局限性,以提高模型检测准确率.实验结果表明,相较于原始YOLOv8算法,该算法在水面小目标上平均准确率mAP@0.5提升了4.6%,mAP@0.5:0.95提升了2.2%,并且改进后的算法检测速度达到86f/s,能有效实现对水面小目标快速、准确的检测.

基于非均匀时间调制的单通道比幅测向方法

[目的]为了解决传统时间调制测向中由载波频率变化引入的相位模糊而限制测向工作带宽的问题,提出一种基于非均匀时间调制的单通道比幅测向方法。[方法]通过对不同天线单元的接收信号进行非均匀周期调制,各天线接收信号的幅度信息无混叠地映射到对应调制频率的谐波中,进而提取出谐波幅度比,并结合查表法以实现单通道测向。基于数值仿真,验证所提方法的可行性,同时搭建一套宽带非均匀时间调制系统。[结果]实验结果显示,其测向绝对误差均值仅为0.21°(2.4 GHz)和0.18°(5.8 GHz)。[结论]所提方法可有效提高测向系统的工作带宽,具备结构简单、成本低、信号处理复杂度低以及宽带测向等优点。

船舶多堆燃料电池混合动力系统能量管理策略优化

为研究多堆燃料电池系统(MFCS)、锂电池为动力源的船舶混合动力系统的能量管理策略(EMS),本文提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的多级功率分配策略。首先,利用一级EMS分析MFCS和锂电池需求功率,其次,构建以MFCS总效率为优化目标的二级MFCS协同控制策略,优化燃料电池之间的功率分配。最后,基于燃料电池混合动力船舶典型工况,分析船舶混合动力系统的功率分布、等效氢耗量及燃料电池系统效率、加减载速率。研究结果表明,与等效氢消耗最小化策略(ECMS)相比,该策略下的燃料电池1和燃料电池2的氢耗量分别降低了15%和23%,MFCS总效率提高了1.15%,且燃料电池的功率变化波动更小。该研究有助于提高混合动力系统中燃料电池的经济性和耐久性。

基于倾斜关联筛选的船舶分区消磁绕组部署及消磁电流优化策略

在现代舰船消磁系统中,消磁绕组主要基于舰船舱壁的形状进行分布,难以保证每个消磁绕组的消磁效果.为解决这一问题,引入一种高维变量筛选中的倾斜关联筛选方法,选择合适的阈值,将原有绕组进行拆分重组,对原有消磁区段进行重新划分,进而改善每个绕组的单位绕组磁感应强度.针对绕组重组后消磁电流计算时存在的参数向量稀疏和多重共线的问题,提出了倾斜关联筛选-部分岭回归算法,通过仿真可知,在阈值为0.73和0.91时,该算法相较最小二乘法消磁误差最大幅值分别减小了10.08%和17.59%,而剩余均方根误差分别减小了10.45%和12.17%.根据仿真结果可知,采用该算法后消磁效果得到明显提升.

面向水面无人艇的船舶舷号识别方法

[目的]针对水面船舶舷号检测问题,提出一种面向水面无人艇的实时船舶舷号检测方法。[方法]基于原始的单阶段目标检测模型(YOLO),引入注意力机制,利用空间信息交互模块和分割注意力融合方法,提升神经网络对重要目标区域的敏感度。考虑先验知识对模型精度的影响,结合自适应锚框算法和正样本增强策略提高回归精度。针对深度神经网络(DNN)收敛困难的问题,改进损失函数,在保证网络收敛速度的同时提高神经网络训练的稳定性。最后,将改进的目标检查模型部署在无人艇上进行有效性验证。[结果]结果表明,所提算法在3级海情下能够准确识别船舶目标及其标志舷号,相比于原模型,改进后的YOLO算法在全类平均精度(mAP)方面提高了14%,识别速度满足实时要求。[结论]研究证明了所提舷号检测方法满足无人艇实时识别舷号任务的要求,并在复杂海洋环境中仍然具备识别能力。

基于改进YOLOv7的近岸目标船舶检测算法

为了提高近岸小目标船舶检测精度,本文提出一种基于YOLOv7网络模型的YOLO-ConSwin船舶目标检测算法,在主干网络中融合ConvNext与Swin-Transformer模块,增强模型在多尺度上捕捉特征的能力。在特征金字塔网络结构中引入SimAM无参数注意力机制,强化对重要通道特征的敏感性,增强船舶目标的权重,抑制背景噪声。实验结果表明,与YOLOv7s相比,船舶识别精确率提升11个百分点,证明YOLO-ConSwin算法满足小目标船舶检测要求。

基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。

基于自适应蚁群算法的岛礁混合发电系统电源容量优化方法

[目的]针对岛礁混合发电系统电源容量配置存在的问题,提出一种基于自适应蚁群算法(ACA)的优化方法。[方法]采用自适应蚁群算法作为核心优化工具,对岛礁混合发电系统的电源容量进行配置。通过采用自适应蚁群算法模拟蚁群寻食过程,在搜索空间中以可再生能源发电量作为信息素,通过全局搜索找到最优解,实现对可再生能源的充分利用。并以外伶仃岛为目标岛礁,搭建“风光柴储”微电网混合发电系统模型,采用自适应蚁群算法优化配置其容量。[结果]算法仿真结果表明,相较于改进灰狼算法和人工蜂群算法,自适应蚁群算法能够有效降低微电网混合发电系统的运行成本和对环境的污染,确保供电稳定性。[结论]所做研究能够有效增加微电网混合发电系统的供电稳定性,减少运行成本与环境污染,从而实现对能源的高效利用。

太阳能船舶光伏系统构网型逆变器并网控制策略

[目的]旨在解决现有太阳能船舶光伏发电系统采用跟网型控制策略并网,而导致的船舶电力系统整体稳定性下降问题。[方法]结合船舶电力系统特点和运行特性,以跟网型恒功率控制和构网型下垂控制为研究基础,另外选取构网型虚拟同步发电机控制和构网型虚拟振荡器控制,共4种逆变器控制方法,分别构建太阳能船舶电力系统光伏并网控制策略。最后通过Matlab/Simulink建立太阳能船舶电力系统仿真模型,验证构网型控制理念和思路的有效性。[结果]研究结果表明,与跟网型控制相比,在负荷投切工况下,采用构网型控制策略可使频率波动极值平均减小26.86%、电压调节时间平均减小37.85%。在光伏输出功率切换工况下,频率波动极值平均减小39.95%。[结论]采用构网型控制策略能有效抑制光伏系统并网后所导致的船舶电力系统稳定性下降的问题。能够使光伏系统在完成供能的同时,主动维持船舶电力系统电力参数稳定,显著提高船舶电力系统稳定性。

海上风机导管架与网箱组合结构水动力特性试验研究

[目的]旨在研究一种将海上风电导管架与养殖网箱结合的新型组合结构的水动力特性。[方法]通过物理模型试验,分析导管架与网箱组合结构的桩基水平荷载、网衣与导管架的连接张力,并考虑不同的水深、波高、周期、波向、流速和流向等参数对该结构带来的影响。[结果]试验结果表明,在0°规则波条件下,桩基最大水平荷载为30.2 N;在45°规则波条件下,桩基最大水平荷载为27.5 N;在正向波浪条件下(入射角为0°),桩基水平荷载比斜向波浪条件下(入射角为45°)的大9.5%。[结论]研究表明,在规则波条件下周期较小时网箱对导管架桩基水平荷载影响较小,在纯流条件下网箱显著增加了导管架的桩基水平荷载。