极浅水域船舶航行阻力及下沉量数值计算方法

针对舰船在极浅水域中的航行阻力及航行安全预报问题,提出了静力平衡方程与叠模定常流计算相结合的数值计算方法。经分析比较可知,该方法只需进行一次姿态调整,姿态收敛偏差即可小于5%。水动力计算结果与水池模型试验结果对比表明:当深度/吃水比(h/T_(m))为1.18时,阻力预报相对偏差为3%左右、下沉量绝对偏差小于2 mm,触底航速预报相对偏差小于5%。该方法可有效避免计算过程中姿态波动导致解算失败的问题,具有良好的计算稳定性和收敛性,且计算精度较高,可为浅水航行船舶航行性能数值计算提供借鉴和参考。

基于多距离声阵实测回归传播损失的浅水域水下辐射噪声源级测量方法

浅水域水下辐射噪声传播会受到海面与海底反射的影响。基于传统单水听器方法进行浅水域船舶水下辐射噪声源级测量相比深水域测量面临三个问题:(1)浅水域声场中复杂的声场分布特征会增加单水听器测量结果的不确定度;(2)浅水域传播损失系数小于深水域,采用球面波衰减系数进行源级修正会带来较大偏差;(3)水听器近水面布放会导致测量结果受到水面镜像反射的影响比深水域更大。本文提出一种工程化的基于多距离声阵实测传播损失的浅水域船舶水下辐射噪声源级推算方法,在浅水域测量船舶水下辐射噪声源级时剥离界面反射的影响,得到自由场环境下船舶水下辐射噪声源特性。利用不少于3个正横距离分析该海域的传播损失系数,并提出剥离水面劳埃德镜像效应的修正公式。为了验证该方法的有效性,使用UW350声源模拟船舶噪声源在千岛湖开展验证试验,试验结果表明,在20 Hz~1 kHz频段内,推算得到的声源级频谱与1m处参考水听器测量声压级频谱平均偏差小于3 dB。

超大型船舶在浅水域中下沉量与富余水深的探讨

近年来,越来越多的超大型散矿船挂靠中国港口。这些散矿船大都起航于澳大利亚、巴西、南非港口,通过MALACCA海峡、SUNDA海峡和LOMBOK海峡等通航要道抵达中国沿海。此类船舶在浅水域航行中普遍面临着吃水受限、水深不足的问题,在操纵时必须充分考虑船体下沉和富余水深。此文根据船舶操纵理论并结合笔者多年在超大型散矿船任职的工作经历,对超大型散矿船在浅水域中的船体下沉和富余水深等问题进行探讨,可供航海人员参考。

浅水域的高频宽带ADCP系统

浅水域测流可以促进防洪灌溉等水利工程的发展。宽带多普勒剖面流速仪(acoustic Doppler current profiler,ADCP)可以精确监测水域的流层流速信息。应用于浅水域测流的宽带ADCP在较窄流层内不容易达到较好的速度精度,同时窄流层内容易受到局部湍流干扰。针对上述问题,本文提出了基于η准则的解算结果最优值检索方式,优化了局部相关性评估方法,完成了基于片上系统(system on chip,SoC)的ADCP系统的设计;用声束-流速夹角产生的径向流速进一步验证了算法的效果;并完成了室外航船实验。在较窄的径向层厚(6.3 cm)、伴有湍流干扰时,应用提出的方法后可以将速度精密度提高37%,准确度提高77%,低信噪比时能分别提高66%和72%;根据测速值计算的角度与设定角度的误差为3.06°,应用提出的方法处理后误差降为2.60°;根据测量速度的误差关系求得的角度误差可达0.6°;平静湖泊航船实验中,系统解算标准差最小仅1 mm/s,层间流速误差仅为1 mm/s,接近理论流速分布。

浅水域工程地质勘察瞬变电磁法正反演研究与应用

为解决浅水域综合工程地质勘察过程中勘探精度低、分辨率难以提高等难题,将瞬变电磁法引入到浅水域工程地质勘察中。通过详细分析前人研究瞬变电磁法的成果资料,以麦克斯韦方程组为理论基础,推导基于多匝矩形小框电流源的浅水域高精度瞬变电磁场响应公式,得出感应电压表达式;设计浅水层、水底层半空间仿真模型,正演计算浅水域地层的瞬变电磁响应;研究浅水域高精度瞬变电磁优化反演技术,并利用实际工程项目验证正反演方法的可行性和有效性。通过仿真模型计算结果与实测数据的对比分析,证明该正反演方法计算速度快、精度高,可有效解决工程勘察中水土界线、土石界线、岩溶、断裂等地质难题。

拖曳式瞬变电磁在浅水域工程勘察中的应用

本文以某文化区拟建大桥为案例,其处于浅水域工程,为了方便工程的后续设计,必须了解不良岩层的具体分布。传统的探测方法会受限于拟建区的水体条件,因此,应从水下拖拽瞬变电磁方法的选取来综合考量。在直线上设置3条测线,为了减小平均影响,对拖曳速率进行了限定,采用新算法计算航线、设置测线长度,以保证测量点位精度。根据3条测线的分析结果,认为该断裂带处于工作区的东南方向,具有一条西南方向的断裂构造,对地基的安全性有一定的威胁,因此应予以重视。

浅水域中圆柱壳固有振动特性分析

基于波传播法和虚源法分析浅水域中圆柱壳的固有振动特性,并考虑了浅水域上下边界的影响。将理论计算与已有试验结果进行对比分析,验证了计算方法的有效性。数值计算表明:当圆柱壳靠近自由液面(或刚性壁面)时,耦合模态频率相应增大(减小);当水深相对较小时,浅水域影响显著;当水深小于壳体半径的8倍时,浅水域对耦合模态频率的影响不可忽略。

浅水域生存工况下系泊浮筒系统三维运动

本文提出一个浅水域生存工况下，多锚链系泊浮筒系统三维运动的工程计算模型，对链系采用射的法计算，使其与浮筒运动计算相匹配。对不同的风波流方向及链刚度，计算了浮筒的运动及链力，结果显示本文的模型是合理的。

应用探地雷达法测量浅水域薄层抛石体厚度

探地雷达法在探测浅层目标体时具有分辨率高、检测速度快等特点。文中基于抛石体与其相邻层之间介电常数的差异,应用探地雷达法测量了浅水域薄层抛石体的厚度,并对测量成果进行了精度验证。结果表明探地雷达法能较容易划分出抛石体的顶、底界面,测量精度较高。

浅水域中垂向纯射流的流动特征

本文讨论了排江排海技术中垂向纯射流情况下“浅水”概念的定义.研究认为,“浅水”的概念应由H/D、E_0和流态相联系确定.本文研究了浅水淹没纯射流的二个流动特征:一是水面的隆起高度.所得平面和圆形射流情况下,最大隆起高度计算公式的数值与试验值符合较好;二是有横流情况下的流动转变,从理论上和试验上得到了平面、圆形和多孔射流的流动转变条件.

超大型船浅水域压载航行最小艏吃水的确定方法

根据船舶在波浪中运动理论、浅水流体动力学、船模试验数据和船舶操纵理论,确定超大型船在浅水域中压载航行最小艏吃水的计算方法。

在开敞浅水域中航行富裕水深的确定方法

利用浅水流体动力学、船舶在波浪中运动理论、船模试验数据和船舶操纵理论 ,为船舶在开敞浅水域中航行提供合理确定富余水深的方法。

浅吃水半潜驳在浅水域运输沉管的运动响应分析

针对湾区浅水域浅吃水半潜驳运输海底沉管管节的方案,借助水动力势流理论,探讨浅吃水半潜驳在浅水域驳运沉管管节的运动响应。基于水动力势流软件AQWA,建立浅吃水半潜驳和钢筋混凝土沉管管节的水动力模型,将驳运航道的长距离拖航工艺参数和风浪流等海洋环境参数作为输入条件,分析浅吃水半潜驳和沉管管节整体系统的各自由度固有周期和不同风浪流组合下的六自由度运动响应的幅值和加速度。研究成果中各自由度的固有周期可为驳运窗口期提供参考,运动响应幅值可为钢筋混凝土沉管管节的运输质量的控制提供决策支持和预警,运动加速度可为驳运沉管管节封仓加固和支墩系统的设计提供依据。

浅水域中船舶的操纵运动仿真研究

研究船舶在浅水中的操纵与控制是船舶航行安全的一项重要课题。根据势流理论,以某型船舶为仿真实体,进行仿真建模,通过对船体进行网格划分,基于不同船体网格模型进行浅水域的操纵性计算。研究结果反映出该型船舶在浅水域的操纵特性,为该型船舶在浅水域的操纵提供科学依据,同时对其它船型的操纵性研究具有一定的借鉴意义。

浅水域检波点自动重定位技术

在传统检波器二次定位方法的基础上,本文提出了浅水域检波点自动重定位技术。从几何声学角度,建立检波点定位的三维数学模型,既考虑了直达波,又兼顾了折射波;文中对模型中的几个主要参数进行了详细分析,评估了各参数对最终计算结果的影响;探讨了适合浅水域地震数据的初至自动拾取方法,改进了能量比法,并设计了详细的自动重定位算法流程;针对地震采集对定位的高精度和实时性需求,提出了相应的关键技术解决方案和措施。实际资料测试结果表明:该算法定位精度高、过程自动化,主要性能指标均高于常规定位技术。

变深度浅水域中非定常船波

以Green-Naghdi(G-N)方程为基础,采用波动方程/有限元法计算船舶经过变深度浅水域时非定常波浪特性.把运动船舶对水面的扰动作为移动压强直接加在Green-Naghdi方程里,以描述运动船体和水面的相互作用.以series 60 CB=0.6船为算例,给出自由面波高,波浪阻力在船舶经过一个水下凸包时变化规律,并与浅水方程的结果进行了比较.计算结果表明,当船舶经过凸包时,波浪阻力先增加,后减少,并逐渐趋于正常.同时发现,当船速小于临界速度时(Fr=gh<1.0),G-N方程给出的船后尾波比浅水方程的结果明显,波浪阻力也比浅水方程的结果有所提高,频率散射必须考虑.当船速大于临界速度时(Fr=gh>1.0),G-N方程的计算结果与浅水方程差别不大,频率散射的影响可以忽略.

浅水域对瘦长型舰船操纵性的影响

研究浅水对瘦长型舰船操纵的影响是舰船航行操纵的一项重要课题。根据势流理论,以某型船舶为仿真实体,基于不同船体网格模型,采用MSC-Patran对船体进行网格划分,进行了浅水域的操纵性计算与仿真。所得结果能够较好反映瘦长型船舶在浅水域的操纵特性。

极浅水域地震采集气枪震源设计与应用

通常对侧吊式气枪来说,很难设计出正方形的气枪阵列,其方向性属性也较难确定。此外,由于近岸水深较浅且水深变化较大,部分水域的水深可能达不到气枪气泡完全释放所需半径大小,从而影响气枪震源激发的实际效果。本文基于自由气泡震荡理论和气枪与气枪阵列理论,介绍了在设计极浅水域气枪震源时如何尽可能地避免上述不利因素,提高气枪震源信号的稳定性和一致性;基于远场子波合成原理,利用监控、记录气枪震源所有单枪或组合枪的近场子波,计算出实际的远场子波,用于确定性反褶积处理,可以进一步消除浅水气枪的非一致性,提高地震资料品质。

拖曳式瞬变电磁在浅水域工程勘察中的应用

湖北某文化区拟建大桥需查明桥址区不良地质体的分布情况,为后期基础工程施工提供设计依据。由于常规勘探手段受拟建区域水域限制,勘探采用了水域拖曳式瞬变电磁法设备。现场探测设计测线3条,通过限制拖曳速度,减少平均效应,并采用新的算法计算实际航线与布设测线的里程关系,保证测点坐标的准确。通过对3条测线采集数据进行处理解释,推测工作区东南部存在一条西-西北向的破碎带,该破碎带将会对基础工程安全造成影响,应引起足够的重视。

浅水域可控源海洋电磁测量中空气波的渐近表达与波场分离方法

可控源海洋电磁(MCSEM)勘探中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所重视,它是由水平电偶极子源发射的电磁信号沿空气-海水界面传播与来自海底地层的有效信号相互作用产生的。在浅水域勘探时,空气波淹没来自地层的有效信号,使浅水域MCSEM实现油气层识别产生困难。基于层状介质模型,采用电磁场的模式分解理论导出了半空间电阻率模型的空气波表达式,利用该式将空气波在海水层的传播近似用海水-空气界面与海底地层之间的多次鸣震表达。结合源和接收器两边电磁场的传播特征,导出了有限水深时空气波近似关系,用于近似模拟空气波响应。为了对比不同方法压制空气波的效果,基于上行波场和下行波场的分解方法,获得了含油气高阻储层上上行波的异常幅度增大数倍的结果,显示了波场分解方法压制空气波的良好效果。最后,利用不含油气层的背景模型和含油气储层模型电磁响应的数值模拟结果,比较空气波渐近表达和波场分离2种空气波压制方法可知:对于水平层状模型后者效果更好;前者可适用于崎岖海底地层的数据处理,后者只适用于水平海底地层。