大地线航法在智能船舶上的应用

沿最短路径航行是建立高效和清洁航运的手段之一。大地线(又称测地线)是空间曲面上两点之间的最短路径。由于在地球椭圆体上采用大地线航法计算复杂、且航向不定,加之与恒向线相比,平均航程仅缩短了5%,导致大地线航法几乎无法应用于传统航海实践中。利用智能船舶的计算、数据获取、航向控制等能力,能最大限度地利用大地线航法路径最短这个优点。本文首先采用了一种快速且高精度的大地线正反解算法,其计算时间为微秒级;其次,利用智能船舶当前实时位置动态及终点计算所需大地线航向,并将新航向指令发送给自动舵。最后,提出不同策略下的航向变更限制机制(ACRM),避免频繁转向以降低自动舵的工作负荷。仿真结果表明,ACRM有助于在最短航程与最少转向次数之间取得平衡。

火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-径向动量守恒充气模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。

牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响。模型中将柔性大变形的伞绳、伞衣、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定。利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化。经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣顶部横向摆动。

“绳帆”现象及其对开伞过程的影响

文章对国外相关实验及计算工作进行了综合分析 ,指出高空侧向风容易引起开伞过程的“绳帆”现象 ,从而导致严重的后果 ,总结了消除此现象的若干种对策。并介绍了国外通过计算机模拟“绳帆”问题在实际飞行中得到的成功应用 ,建议中国也开展相应的理论分析和软件研制工作。

火星探测器降落伞拉直过程中的“绳帆”现象研究

针对火星探测器降落伞在拉直过程中出现的"绳帆"现象,以及火星探测器降落伞开伞前初始参数和大气密度与地球环境下的差异,建立了火星探测器降落伞拉直过程的数学模型,研究了火星环境下,伞包弹射速度、开伞前进入器的攻角、开伞马赫数以及大气密度对"绳帆"现象的影响。研究结果表明,选择较大的伞包弹射速度,并将开伞前进入器的攻角严格限定在较小范围内,将有利于避免或降低"绳帆"现象的发生。这一研究结果可为我国实施火星探测时减速着陆系统的设计分析提供一定参考。

火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上,根据拉直过程中各物体的运动属性,建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体,进入器视为六自由度刚体,伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型,即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段,每个绳段处理为质量集中在端点的三自由度质点,各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对"海盗号"第一次气球发射试验进行了仿真,并与Moog R.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比,验证了该文数学模型的正确性与有效性。

三峡工程导流明渠通航水力学试验研究

简介了三峡工程导流明渠施工通航水力学成果。其内容包括：航线选择，纵向围堰首部形式，明渠最佳断面形式，明渠各部位冲刷对通航的影响。最后，还对提高明渠通航流量级别及进一步减小明渠工程量的可能性进行了探讨。

攻角对火星降落伞拉直过程的影响分析

为了研究火星探测器减速着陆系统降落伞开伞前进入舱攻角的大小对伞拉直过程的影响,设计相应的控制措施,文章以"海盗号"火星探测器为研究对象,建立了基于质量阻尼弹簧模型的降落伞拉直过程动力学模型,研究了进入舱不同攻角下降落伞的拉直过程,重点研究了攻角与"绳帆"现象之间的关系。结果表明,火星环境下开伞前进入舱攻角越大,拉直过程中的"绳帆"现象越严重。因此,减小开伞前进入舱的攻角,将有利于避免或降低"绳帆"现象的发生。这一研究结论可为火星探测减速着陆系统的设计提供一定参考。

基于地球椭球模型的符号形式的航迹计算法

分析了传统的航迹计算法存在的缺陷,为提高航迹计算精度,给出基于地球椭球模型的改进的墨卡托航法;从中分纬度的几何定义出发,导出地球椭球体上改进的中分纬度公式,在此基础上给出改进的中分纬度航法。本文所给算法公式均为符号形式,可以解决航海中不同参考椭球下的航迹精确计算问题。

基于速度选择切换型视线法的无人帆船循迹航行

[目的]风帆的力矩以及海浪作用会造成帆船相比其他形式的动力船舶更容易偏离期望轨迹,这便要求无人帆船的循迹航行算法具有较强的抗干扰能力。[方法]对实船进行等比例建模并通过VPP速度预测程序获得帆船在不同航向下的较大速度,提出一种无人帆船速度选择切换型视线法,在保证无人帆船依靠风力获取速度的同时,再利用切换型视线法使无人帆船的航向角收敛于期望航向角,从而使无人帆船可以快速不断地驶向期望航向点。[结果]Matlab对比仿真研究表明,速度选择型视线法具有偏航误差小、抗干扰能力强且收敛速度较快的优点。[结论]无人帆船在不同风向下的湖上试验验证了速度选择型视线法的可行性,结果具有一定的工程应用价值。

船体帆型外板火路预报系统研究

水火弯板工艺生产过程中,其中一种主要的参数是火路位置线路的确定。通过对水火弯板加工成型理论的研究,建立了外板曲面变形数学模型,并结合水火弯板工艺专家经验基础,提出船体帆型外板火路预报算法,开发了对应的火路预报系统。

中国邮轮旅游包船模式分析与展望

目前,邮轮旅游在我国发展迅速。由于独特的中国国情以及相关原因,在邮轮产品销售方面,形成了以旅行社为主体的独具中国特色的邮轮旅游包船模式(主要指"零售包船模式")。包船模式拥有诸多优势,方便了邮轮产品的销售,促使中国邮轮业快速发展。但随着各大邮轮公司纷纷迅速调派邮轮来华,也面临着诸多的问题和风险。致力于促进中国邮轮旅游销售健康持续发展,需要对其作较深入的分析和研究。在对中国邮轮旅游包船模式流程和背景分析的基础上,本文分析了其优势和障碍因素,并对今后的发展方向进行了展望。

风帆助航船舶直线航迹跟踪的自适应非线性迭代滑模控制

针对风帆助航船舶易受风、浪等因素的影响产生航线偏离的特点,提出一种自适应非线性迭代滑模直线航迹跟踪控制方法。该方法利用双曲正切函数设计系统状态的非线性迭代滑动模态,采用模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应能力。通过定义一种控制量抖振测量变量和自适应启发评价函数,对模糊系统的结构参数进行在线调整,很好地抑制控制量的抖振。将该控制器应用到风帆助航船舶直线航迹控制领域中,结果表明,该控制器能有效地处理风、浪等外界扰动,跟踪控制性能良好,具有较强的鲁棒性。

跨赤道恒向线航法的一种简便而又精确的算法

用中分纬度航法分析了跨赤道恒向线航行的一般解法,在此基础上提出了一种简便。

中国沿海主要港口推荐航线算法及其实现

为弥补现有船舶电子海图导航系统不能进行航线自动规划的不足,通过整理《中国航路指南》中的转向点,建立转向点关系库,进而形成中国沿海主要港口间的航线网络.利用静态路网中求解最短路径的A*算法,引入恒向线航法计算公式作为A*算法的启发式函数,设计并实现中国沿海主要港口推荐航线算法.实验结果表明,A*算法能够有效、便捷地规划出船舶航行的安全航线.该算法可应用于电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display&Information System,ECDIS)等,可为我国沿海航行的船舶自动推荐《中国航路指南》中的航线,给船舶航行提供参考,对科学航海、船舶安全航行和船员减压等具有实践意义.

海上航线风能资源的调查与分析

根据英国水文局发布的2016年海图资料,整理出2016年全球9条典型航线上不同风力、不同风向的概率数据。分析这些数据,获得各往返航线4级以上可用风天数、5级以上强风顺风天数,发现香港→新加坡的南海航线、科伦坡→新加坡的马六甲海峡孟加拉湾航线、亚丁湾→科伦坡的印度洋阿拉伯海航线、上海→香港的东海航线、毕晓普岩→努瓦迪布的北大西洋航线和横滨→洛杉矶的北太平洋航线都有较好的风能资源,特别是后3条航线的风能资源最丰富,是未来运用风帆助航技术的最佳航线。对有效助推强风的顺风天数和风能资源的有效性进行分析,提出风能资源的强度指数、综合风能资源强度指数和综合有效强度指数,用来衡量海上航线风能资源的综合强度和有效性,可作为未来风帆助航船舶航线优化的重要选择指标。

大曲率帆形板水火弯板火路生成算法研究与实现

目前帆形板水火弯板工艺参数的确定是水火弯板研究的热点之一。在深入研究成形曲面与检测曲面之间差异的基础上提出大曲率帆形板水火弯板火路坐标参数生成方法,该方法将成形曲面与检测曲面在同一坐标系下进行对比,获取成形曲面特征曲线与检测曲面相应特征曲线的交点坐标;对于横向未成形,则交点坐标点的连线为下一步火路坐标,对于纵向未成形则布置在交点坐标附近。最后通过实验的方法验证了该方法的可行性,可望在帆形板水火弯板火路坐标预报中得到实际的应用。

跟航模式下北极冰区船舶安全间距研究

为保证船舶在北极冰区的航行安全,根据冰区的航行环境与船舶的相关情况计算了跟航模式下北极冰区的船舶安全间距,通过分析船舶在冰区航行的安全速度和航行阻力,并结合"永盛轮"的具体船舶资料和实际航行数据进行了实证分析。计算结果与实际数据的对比情况表明了结果具有一定的合理性和现实意义,能够给其他通过北极冰区的船舶提供一定的参考。

对通航河流相邻桥梁合理间距的探讨

对《内河通航标准》(GB50139-2004)中“两座相邻水上过河建筑物的轴线间距”进行分析讨论,在与欧美国家进行比较后,对我国内河通航标准提出修改建议。

帆板运动竞赛中直线速度的重要作用

为提高帆板运动训练水平,理清训练中的主要矛盾,有的放矢地进行训练,本文从奥林匹克航线赛中的起航、航线选择、战术、心理等几个方面,阐述了帆板迎风直线驶速度所起到的重要作用,旨在使有关人员对迎风直线驶速度在奥林匹克航线赛中的重要作用予以关注。