基于自航模的某海洋调查船回转性能数值研究

本文针对某海洋调查船在实船海试过程中出现回转横倾角过大问题,采用基于RANS方程的数值模拟技术结合自航模型对其回转性能进行数值模拟,获得了其回转性能预报结果,为了减小该船回转过程中的横倾角,对船底呆木开展改进设计,获得呆木改进设计方案后该船的回转性横倾。通过对比分析可知,改进方案有效降低了回转过程中的横倾角,避免了回转中横倾过大的问题,为该船的顺利交付提供了技术支撑。

不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响研究

通过数学模型进行船舶操纵性预报是常用的方法,以往的约束模试验通常仅在设计航速下进行,且MMG船舶操纵运动模型通常认为螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可以忽略。但船舶在实际操纵运动的过程中航速会发生很大变化,螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可能变得不可忽略,因此有必要开展相关船舶操纵水动力的研究。以KVLCC2为研究对象,对其裸船体、船-舵、船-桨和船-桨-舵系统分别进行不同航速下的约束模试验数值模拟,研究了不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响。研究结果表明:螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不可忽略,该影响随着船舶航速的减小而增大,但舵的存在会减弱其影响;螺旋桨对舵效有着较大影响,该影响随着船舶航速的减小也会明显增大。因此在进行船舶操纵性研究时,有必要进行非设计航速下的相关约束模试验。

基于改进蚁群算法的微气泡减阻气流量智能调控技术研究

[目的]为了提高微气泡减阻技术的实际效能,基于改进蚁群算法开展微气泡减阻气流量智能调控技术研究。[方法]首先,基于微气泡减阻机理,利用自主研发船模样机开展微气泡减阻试验,获得不同航速下的理想最佳气流量;随后,采用改进蚁群算法,开发气流量智能调控技术的软件系统;最后,将智能调控硬件系统应用于船模样机,开展自航模试验以验证该技术的有效性。[结果]所研技术不仅可以有效地调控气流量达到最佳微气泡减阻效果,还可以监控航速变化对气流量进行自适应调控,使船舶在各种航速下均能保持最大减阻。[结论]该技术可以提高微气泡减阻技术的自动化与智能程度,增强微气泡减阻技术的实际效能。

某大型测量船声学设备安装附体优化设计

针对某大型测量船的实际作业需求,提出GONDOLA式的声学设备安装方式,采用CFD数值仿真分析方法对GONDOLA附体型式进行优化设计,计算分析和桨模试验表明,GONDOLA附体优化后不仅能使得船舶具有良好的防气泡性能,降低船舶阻力,还可大幅改善尾部螺旋桨区域伴流场,提高螺旋桨空化临界速度。

基于操纵试验的实船运动模型参数辨识实例研究

参数辨识对于构建船舶操纵运动数学模型具有重要意义。为有效、准确估计实船操纵运动模型参数,提出一种基于系统辨识原理、采用递推最小二乘算法进行差分方程型船舶运动模型参数辨识的技术路线。基于操纵试验数据,将技术路线应用于实船舵角-航向差分方程模型的参数辨识。应用研究显示,提出的技术路线在实船操纵运动模型参数辨识的应用中可行性好,辨识出的参数具有较高的精度,模型输出能够较好拟合观测输出。本文中提出的技术路线流程简单,便于工程实现,能够为船舶运动模型参数的自动辨识提供支持。

基于修正辅助变量法的船舶操纵响应模型辨识

为了解决有色噪声干扰对船舶操纵响应模型参数的有偏估计问题,本文提出一种递推修正辅助变量最小二乘法对船舶操纵二阶响应模型进行参数辨识。算法在递推辅助变量最小二乘法的基础上,针对辨识模型引入动态滤波模型改善有色噪声的统计特性,使得系统被估参数值在有色噪声干扰的情况下也能无偏趋近于参数真值。为了验证所提算法的有效性,在实船Z形试验数据的基础上,将递推修正辅助变量最小二乘法、递推辅助变量最小二乘法、增广最小二乘法和标准最小二乘法所辨识得到的模型的进行比较。结果表明:递推修正辅助变量最小二乘法的辨识模型相比其余三者的辨识模型与船舶实际航向角的拟合精度和泛化精度更高,对应的均方根拟合误差和均方根泛化误差分别可达到1°和2°以下,最大绝对误差分别在3°和4°以下。

螺旋桨对船舶操纵运动水动力影响的数值研究

船-桨-舵相互作用是影响船舶操纵性能的重要因素之一。本文采用RANS方程求解方法并结合SST k-ω湍流模型,计及自由面兴波影响,螺旋桨用体积力法建模,数值模拟了带桨、舵的全附体集装箱船KCS船模的舵力试验、斜拖试验。为研究螺旋桨对操纵运动水动力的影响,分别对带螺旋桨和不带螺旋桨的船-舵系统进行计算,对比了船模水动力随漂角、舵角的变化情况。研究结果表明:带螺旋桨的船-舵系统的水动力和力矩对舵角的变化更加敏感;螺旋桨的运转主要增大了船艉部的横向力;在舵力试验和带舵角的斜拖试验中,螺旋桨对横向力、转艏力矩有显著的影响。

三体船操纵性自航回转运动仿真预报分析

针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的自航回转运动进行了数值模拟,将该模拟结果与较为成熟的基于数学模型方程组的约束模仿真回转运动结果进行了对比分析,通过对三体船在满舵角和半舵角时的纵距、横距、旋回初径和回转直径等操纵性回转要素值进行分析可知,其差值均在7%以内,验证了文中所提方法的可靠性。且采用文中所提方法对目标船模进行模拟计算时,不仅能够获得船模在平面运动内的回转性能要素,同时还能得到船模横摇、纵摇、升沉等多自由度运动响应要素,本文亦对三体船在满舵角和半舵角下做自航回转运动时的横摇、纵摇、升沉等响应要素进行了分析,从定性分析的角度看,模拟所得的各运动响应要素结果与实际船舶在做回转运动时产生的现象相符;从定量的角度分析,模拟目标船模所得各运动响应要素结果较好,不会对船模回转产生较大干扰。

基于体积力法的船体自航性能数值预报

为实现船舶自航性能的快速预报,应用计算流体力学(CFD)方法,采用一种便捷的描述型体积力模型替代螺旋桨的作用,分别在无舵实船自航点和有舵模型自航点2种条件下对MOERI(Korea Research Institute for Ships and Ocean Engineering)集装箱船(KCS)的黏性自由面流场进行了数值模拟.依据等推力法、敞水计算和螺旋桨敞水曲线等,计算船体自航性能相关参数.计算结果与试验结果吻合良好.研究结果表明,使用描述型体积力法可以便捷而较为准确地预报船体自航性能.

吊舱式推进器操舵工况水动力试验研究

为了认识吊舱式推进器操舵工况的水动力特性,进行了拖式吊舱推进器模型试验研究。试验测量了拖式吊舱推进器在不同转舵方位角的推力、扭矩及转舵力矩,所获得的流体动力数据能有效地解析实船操纵方式,并能为转舵机构及吊舱结构的设计提供参考。

船闸凹岸布置上下游引航道水流条件优化

峡江枢纽是赣江高等级航道的控制性工程,坝址所在河段呈"S"形急弯形态,枢纽采用集中异岸布置,船闸布置在河道凹岸,上游引航道口门位于"S"形河段上弯道凸岸下游,下游引航道口门区位于下弯道凹岸河道主流顶冲点附近,布置不利于通航水流条件,同时该枢纽还具有低水头、大流量的特点,因而船闸上下游引航道口门区及连接段通航水流条件复杂。通过1∶110枢纽整体水工模型及自航船模试验,提出并论证了枢纽上游采用顺岸式整治方案、下游采用顺岸式整治方案结合透空式隔流导墙的综合措施,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,各项水力指标均满足了规范要求,确保过闸船舶的安全。

浅海管线检测维修潜水器控制系统自航模试验

浅海海底管线检测维修潜水器是具有复杂动力特性和作业方式的特种载人潜水器,其作业需配备姿态及航行自动控制系统。为了保证其自动控制系统研制成功,研制了1∶8缩尺的自航模作为平台,将实际控制系统方案遵循相似性准则改造为自航模控制系统,包括校正与补偿回路、指令分配器、姿态控制回路、航行控制回路。在海洋工程水池模拟风浪流等海洋环境,进行各种情况下的控制试验,对实现的控制律加以验证和改进,这些改进又按照相似性准则反映到实际控制系统方案的修正中。控制系统的设计方案由此得到全面验证和改善。

双桨船螺旋桨的适伴流设计

讨论了双桨船和单桨船伴流场的不同特点,给出了双桨船切向伴流的分析方法和不同旋向下的螺旋桨设计结果,指出双桨船适伴流设计考虑切向伴流影响的必要性。内旋设计桨在大型循环水槽中进行了模型试验,试验结果表明螺旋桨的空泡和脉动压力性能优良。

赤水河300t机动船型线优化设计

介绍赤水河300t机动船型线设计及优化过程,经模型试验验证,设计改型后的阻力性能明显优于设计原型。

郁江口及羊栏滩汇流段船舶对会条件改善措施研究

长洲枢纽建成后只能渠化其上游159 km航道,水浅流急的羊栏滩处于水库脱水段。在贵港至梧州二级航道整治工程中对羊栏滩进行了整治,但未根本改善回水末端的郁江口及羊栏滩河段的船舶双向通航条件,按照《航道整治工程技术规范》(JTJ312-2003),加宽后的设计方案航道尺度根本无法满足设计船队的双线通航要求,严重影响航道的通过能力。文章分析了郁江口汇流段及羊栏滩河床形态和通航水流条件的特殊性,通过物理模型试验和自航船模试验相结合的方法,提出并研究了满足船舶对会的工程方案,并对现行规范中弯道双向航道尺度的计算方法提出了建议。

考虑螺旋桨倒车特性的船舶港内操纵数学模型及仿真应用

为提高港内船舶操纵数学模型的准确性,给出一种考虑螺旋桨倒车特性的船舶数学模型。该模型吸取了MMG分离建模的思想,考虑了浅水、低速、环境扰动的修正以及船、舵、桨等各部分的相互干扰,引入了较为实用的能够体现右旋单桨倒车特性的螺旋桨推力模型,并利用三次样条插值算法对在小漂角常速域与大漂角低速域之间的过渡速域的流体力进行了计算。最后,以某液化气船为例进行了旋回、紧急停船仿真,以及基于非线性反馈算法的停车航向跟踪控制仿真。经与实船海试数据比较,仿真结果能够较为真实地反映实船运动规律,既验证了模型的有效性,又实现了无螺旋桨推力条件下的航向跟踪控制。论文可为提高航海模拟器精度、预报船舶港内的操纵性以及设计较为准确的港内船舶操纵控制器提供一定的理论和工程基础。

非通航孔桥梁防船舶撞击新型拦阻技术

针对现有非通航孔桥梁防船撞技术的不足,提出适用于江海长桥非通航孔桥梁防船撞的新型自适应、恒阻力船舶拦阻技术。自适应、恒阻力船舶拦阻系统由系泊趸船、系泊锚链和混凝土沉块、自适应浮筒、高强度拦阻网、触发钢索以及恒阻力耗能装置组成,其工作原理为:偏航船舶撞击拦阻系统后,自适应浮筒带动拦阻网从水平状态竖起展开,包裹住来撞船首,再通过恒阻力耗能装置吸收船舶动能,拦截住船舶。通过缩尺比模型试验和实船撞击试验模拟该系统拦截船舶的过程,验证了该系统的可行性及工程设计的可靠性;采用水动力计算软件ANSYS-AQWA进行全尺寸数值仿真,仿真结果与试验结果基本一致。

水声式自航模运动轨迹实时测量系统

该系统是一种将水声技术和计算机技术相结合的实时测绘系统 ,主要用于水面和水下自航模型的水平面运动轨迹测量 。

波浪-浮冰作用下冰区船舶阻力性能试验

太原为了研究波浪-浮冰联合作用下冰区船舶阻力性能,本文依托具有造波能力的常规船模拖曳水池,采用石蜡非冻结模型冰,模拟冰缘区波浪-浮冰共存的特殊环境,设计完成了船模在波浪-浮冰联合作用下的阻力性能测量试验。研究发现:在波浪-浮冰共同作用下,浮冰与船模的相互作用加剧,从船艏没入水中并沿船底向艉部滑行的浮冰数量明显增多,可能会对螺旋桨的推进效率产生不利影响。同时,由于波浪-浮冰-船模三者的耦合作用,船模在该工况的总阻力等于静水阻力、波浪增阻和碎冰阻力的简单加和,还需要考虑三者耦合作用的阻力增量。波高以及浮冰的密集度等参数都会对耦合增阻的大小产生影响。

半潜式自航工程船动力定位模型研究

近年来随着海洋油气开发的广泛需求,我国动力定位技术自主化研究也逐渐展开。为验证半潜式自航工程船的动力定位性能,文中建立了研究半潜式自航工程船的动力学模型的坐标系统。在此基础上,建立了半潜船的运动数学模型以及控制系统需要的运动模型。采用模块法,对影响半潜船的海风、海浪、海流等外界干扰载荷进行了最优计算。通过对环境载荷各个方向的力和力矩的仿真实验,获得了半潜船的水平运动时历曲线和船舶纵向、横向、艏向的运动变化曲线。运动模型的输出结果与半潜船缩比模型的水池试验结果运动趋势一致,满足精度要求。