完全预约模式下船闸通航调度方法分析

针对现有部分船闸通航效率不高,通航拥堵严重等问题,以完全预约模式下船闸通航调度方法为研究对象,考虑闸室有效面积利用率最大和平均预约延误时间最小,在BL算法的基础上,建立了基于人工蜂群算法的船闸通航调度模型。选取三峡双线五级船闸的过闸船舶数据,通过与原始人工编排、BL算法编排结果进行比较,发现人工蜂群算法性能稳定,能显著提高闸室面积利用率,且平均利用率大于80%。此外,在平均预约延误时间方面有明显的降低效果。

燃料电池船复合储能容量优化与配置经济性分析

复合储能系统可改善由船舶负载功率波动引起的燃料电池寿命损耗问题,但配置成本限制了其在燃料电池船上的广泛应用。为合理配置储能容量,使船舶动力系统设计具备长期的可靠性,提出了一种计及复合储能系统全寿命周期的容量优化配置方法。在构建各电源系统模型的基础上,建立包括购置成本、维护成本、置换成本和能耗成本的复合储能系统全寿命周期成本模型,并采用雨流计数法来评估储能的置换成本。最后依据“Alsterwasser”号燃料电池船的典型功率需求数据,以储能设备的容量参数、燃料电池的输出功率和电源系统的运行参数为优化变量,采用灰狼优化算法进行求解。通过不同储能类型和优化目标下的配置方案对比,验证了所提方法的经济性。

全漂浮状态下整平船自身稳定性分析

针对大连湾海底隧道项目特殊地质条件,基床整平使用“津平1”进行全漂浮整平,全漂浮整平虽然可以完全避免桩腿对基础的压力,但要考虑潮汐、波浪、风等因素对船体稳定性及整平精度的影响,需要分析全漂浮状态下整平船自身稳定性。通过分析验证全漂浮整平的可行性,得出工艺参数,对后期类似工程有较大的借鉴意义。

Ship Hull Slamming Analysis with Nonlinear Boundary Element Method

A boundary element method is developed for calculating the flare ship hull slamming problem. The nonlinear free surface elevation and the linear element assumption are employed. The method has been verified by comparisons with results for the water entry of wedges with various deadrise angles. Numerical results show that the pressure distribution varies greatly with the ship hull with different curvilinear equations, and the slamming features are also different; From the numerical simulation, the authors found that the structural damage of the flare hull might be caused by the increasing hydrodynamic pressure over an extensive area on the flare when the upper part of the flare comes into contact with water.

非额定工况实船试验确定消滩水力指标的方法

消滩水力指标是急滩整治依据的一项标准,但采用实船试验确定时常常难以满足理想的额定条件。首先指出了实船试验确定消滩水力指标的3个理想额定条件,给出了额定载重,额定功率条件下确定消滩水力指标的简单方法。根据非额定工况和额定工况各自的受力平衡方程,导出了将非额定工况的实测对水航速转换为消滩水力指标对应航速的转换公式,并给出了兹万科夫阻力公式法、通用阻力公式法和修正通用阻力公式法等3个转换方法。依据澜沧江四级航道静水航速和上滩实船试验成果,演示了测点数据的取舍、推进系数的计算、坡流指标的拟合等过程,并对比了3个转换方法的计算成果,推荐了简便合理的转换公式。

考虑船-冰-水耦合的寒地航行实体靶船载荷响应分析

为了研究寒地海域航行实体靶船与浮冰发生碰撞过程中的载荷响应,基于S-ALE流固耦合方法和罚函数接触理论构建船-冰-水耦合的数值模型,展开冰-水耦合、船-水耦合以及船-冰-水耦合机理的研究,详细分析碰撞过程中产生的水阻力与冰载荷。结果表明,S-ALE方法在处理船-冰-水相互作用时可以较好地模拟碰撞场景。船体受载主要由水阻力与冰载荷构成,冰载荷占据主要成分。水阻力受到航速的影响,且水域对冰载荷起到了削弱作用;冰载荷随浮冰厚度、尺寸的增加而增加,浮冰尺寸的影响程度高于冰厚。

拱式纵梁码头船舶撞击试验及动力响应特性研究

拱式纵梁码头是一种新型的码头结构,有着跨度大、充分发挥基桩承载能力的优势。该结构适用于外海深水条件,船撞力作用下的码头结构力学性能值得关注。通过实船试验,研究不同靠泊速度、不同压载条件下,船舶靠泊拱式纵梁码头时主要构件的动力响应指标。基于有限元软件,建立船舶碰撞拱式纵梁码头数学模型,并通过物理模型试验验证其正确性。将码头长度、宽度、基桩尺寸、桩长相同的拱式纵梁码头和梁板式高桩码头,用相同的船舶以相同的撞击速度、撞击位置进行船舶撞击数值模拟,分别对动力响应指标进行分析。研究结果表明:拱式纵梁码头有较强的抵抗水平荷载能力,但在基桩与墩台连接处应力集中现象明显,设计时需进行局部加固。研究结果可为拱式纵梁码头在工程中的推广应用提供指导。

基于BP神经网络的海上发射船耐波性优化研究

为了保证海上火箭发射的安全,应用BP神经网络对火箭发射船加以优化。按照海上发射在设备布局方面要求进行总布置设计,建立火箭-发射船刚性连接端的弯矩模型,以方形系数、船长和船宽为优化变量,通过BP神经网络模型对母型船进行优化设计,优化得到的船型弯矩比母型船减少了19.41%;对部分优异样本点进行再建模和数值仿真,仿真结果表明,BP神经网络模型的误差不到1%,验证了模型的准确性。该研究为海上发射船设计优化提供了一种研究思路,为海上火箭发射是否存在风险提供了一种预知方法。

基于实船测量的船舶结构冰激振动特性研究

冰区航行的船舶结构在冰载荷作用下产生明显的振动现象,明确冰激振动特性对冰级船舶的结构设计与冰区航行安全评估具有重要意义。为研究船舶的冰激振动特性,在我国第8次北极科学考察中对“雪龙”号科考船的结构振动开展了系统的实船测量。由于冰船作用区域主要位于船体艏部,该研究采用三向加速度传感器对艏尖舱区域的振动响应进行了测量。为研究海冰类型对结构振动的影响,通过视频摄像机对航线冰情进行了观测,并对比分析了开阔水域、碎冰区、平整冰区、冰脊区中船体的振动响应特性。采用ISO 6954—2000规范对“雪龙”号科考船进行冰激振动评价,并对实船振动频率和幅值进行统计学分析。结果表明,冰激振动的幅值介于有害振动和无害振动之间,其中沿船长方向的振动幅值最小,而沿船宽方向的振动幅值最大,船体的振动幅值服从广义极值分布。此外,海冰的附加质量影响了船体冰激振动频率,冰激振动的幅值均随航速和冰厚的增加而增大。

全直流型船舶微电网多时间尺度综合能量管理

为了解决船舶微网在短期不同工况切换时功率波动大和长期运行经济性问题,采用多时间尺度分层控制的综合能量管理策略,在考虑船舶微网运行、负荷需求以及系统运行成本三者之间关系的基础上,对船舶微网系统进行了两层调控,其中针对短期运行下的负荷波动,采用基于规则的能量管理策略,通过对比所搭建的模型在不同模式以及不同运行工况下的仿真,结果表明当负荷处于短期波动时采用该策略能够在平抑功率波动的同时有效提高电能质量;长期运行下考虑可时移负荷对船舶运行经济性的影响,提出改进型的乌鸦搜索算法对燃料和储能电池总运行成本进行优化,通过算例分析表明:该算法考虑负荷时移性,不仅起到了削峰填谷的作用,而且相较于传统的乌鸦搜索算法经济性提高了4.4%。

船舶阻力试验实船换算的蒙特卡罗仿真

为了评判试验数据可信程度和提高试验质量,对基于1+K法的船舶阻力试验实船换算进行蒙特卡罗仿真。结果表明:随着实船速度的增加,实船阻力和实船有效功率的标准不确定度分别从455 N,1.42 kW逐步增加至1558 N,10.96 kW,实船阻力和实船有效功率的相对标准不确定度分别从1.56%,1.56%下降至0.44%,0.44%;实船阻力和实船有效功率的蒙特卡罗仿真值分布左右对称,符合正态分布。

带自由面肥大船粘性绕流场的数值模拟

采用直接求解RANS方程的方法对带自由面的肥大型船舶的流场和阻力进行了数值计算,湍流模型选用RNG k-!两方程模式,自由面的处理采用VOF方法。数值计算结果与已公开试验数据的定量比较相当吻合。计算结果的分析表明:文中发展的CFD计算方法可以满足于带自由面肥大型船舶快速性工程预报的要求。

碎冰条件下冰区船阻力性能试验研究

为了探究碎冰条件下冰区船试验方法和实船阻力预报方法 ,研究碎冰条件下冰区船舶阻力随速度变化规律,以及阻力随密集度变化规律,采用非冻结模型冰在拖曳水池中开展了4种密集度(60%、70%、80%、90%)工况下阻力试验。试验结果表明:随着碎冰密集度的增加,船模与碎冰的遭遇频率向更高速度点转移;碎冰密集度不同,船模总阻力不稳定区也不同;船模总阻力随着碎冰密集度的增加而增加;根据加拿大海洋技术研究所的Colbourne实船转换方法,预报了实船在1.05 m和2.0 m冰厚时的总阻力。

实尺度船舶快速性数值模拟方法综述

实尺度船舶快速性数值模拟方法是国内外关注和研究的重点。实船的水动力性能大多是通过模型尺度的结果外推得到的,然而船模不能同时满足傅汝德数与雷诺数相等,且一些外推方法的准确性还有待考证。论文从实尺度数值模拟的尺度效应问题出发,简要介绍船舶数值模拟方面的关键问题,并从网格、湍流模型、时间步长和壁面粗糙度等角度归纳和分析实尺度船舶快速性数值模拟方法的研究现状。基于研究现状,提出尚需进一步解决的问题。该文旨在介绍目前实尺度船舶快速性的研究进展,希望为今后船舶水动力性能研究提供参考。

船舶轨迹跟踪研究综述

船舶轨迹跟踪属于广义上的船舶动力定位,具体来说,是船舶在规定的时间内通过轨迹跟踪系统的控制到达原本设定的位置上。回顾近十几年来船舶轨迹跟踪的研究成果,对全驱动船舶与欠驱动船舶研究做了详细的阐述,包括理论分析、数值计算和实验验证等。轨迹跟踪运动模型保持非线性,还考虑附加质量、科氏力和向心力、非线性阻尼以及风浪流外载荷等。船舶的控制系统非常复杂,是轨迹跟踪的关键核心,从反步法到自适应反步法、全状态反馈、输出反馈、滑模控制再到神经网络控制,对船舶轨迹跟踪的控制效果越来越好。轨迹跟踪的稳定性也是研究重点,用李雅普诺夫方法来保证轨迹跟踪效果的稳定。最后,指出目前船舶轨迹跟踪的主要研究方向,为进一步研究作参考。

大方形系数低速船艉部线型多目标优化设计

本文结合船型设计技术的最新发展动态,将高精度CFD数值评估技术与优化理论及船体几何自动重构技术相整合,建立了"以精细数值评估优化为特征"的船型设计方法。以阻力性能优异的6600DWT散货船作为优化设计对象,总阻力和桨盘面流场品质作为目标函数,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)、FFD几何重构方法对船艉线型进行了自动优化设计。结果表明:在满足工程约束条件的情况下,6600DWT散货船优华设计方案阻力的收益较为显著,其中一个优方案在尾部流场质量改善的情况下,剩余阻力减小了10.3%。

纯稳性丧失衡准实船分析研究

随着第二代完整稳性衡准的制定,作为一种独特的波浪中稳性问题,纯稳性丧失衡准即将在未来几年内作为建议性要求被国际海事组织(IMO)颁布执行并应用于实船设计。而当理论研究成果向实际工程应用转化时,有必要进行大量适用性研究以便勘验、提高该方法的鲁棒性。论文介绍了基于经验公式的Level 1衡准和基于分析波浪中考虑物面非线性影响GZ曲线特征的Level 2衡准方法,通过分别采用这两种方法针对不同类型38条实船的数值预报研究,分析了不同船型、尺度和装载工况的实船设计对于纯稳性丧失衡准的敏感性。在此基础上介绍了适用Level 2衡准的两种进水角计算方法,通过对比分析了两种进水角计算方法对于敏感性预报结果的影响及其适用性。根据以上研究,对IMO现有衡准方案存在的问题提出了若干改进建议。

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法。以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型。对优化前后的船型再利用Rankine源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果。最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性。

9万吨级散货船消涡鳍设计与节能效果验证

消涡鳍(hub vortex absorbed fins,HVAF)是一种船舶推进器水动力节能装置,用来回收螺旋桨毂涡能量。它由一组安装在螺旋桨导流帽上的小叶片组成,叶片数与桨叶数相同。论文以一艘9万吨级散货船为研究对象,开展了消涡鳍设计、CFD节能效果评估、模型试验验证和实船营运节能效果分析。CFD评估表明,加装消涡鳍后,螺旋桨的效率提高2.2%。模型试验显示,加装消涡鳍后螺旋桨的效率可提高2.7%。由实船运营数据分析可知,与未安装消涡鳍的一艘姊妹船相比,加装消涡鳍可节能4%以上。

船舶气泡减阻研究进展

船体表面气体润滑减阻技术在过去近二十年中取得了长足的进步,尤其是实船应用方面。论文全面地回顾了国内外气体润滑减阻研究的历史与现状,将气体润滑减阻技术划分为气泡减阻和气层减阻,重点介绍了气泡减阻的机理、气泡发生方式、气泡减阻理论研究和试验研究。在气泡减阻的实船应用方面,结合国内外成功案例进行分析,提出了我国发展气泡减阻技术需要进一步研究的问题。