穿浪双体船纵向减摇策略麻雀搜索优化

为了改善穿浪双体船恶劣工况下的纵向稳定性,本文基于T型水翼及尾板设计了综合姿态控制系统。同时,对该系统相关控制参数的优化策略进行研究,以更好地实现减摇目标。采用了线性二次调节器和混合麻雀算法相结合的策略来设计控制器,将一种新型群智能算法(麻雀算法)及其改进算法应用于线性二次调节控制器权重矩阵寻优。通过两者对比,不仅验证了所设计姿态控制系统的有效性,也验证了该智能算法改进策略的高效性。结果表明:基于混合麻雀算法的控制器具有很好的自适应能力,且寻优过程收敛速度快,精度高,对工程实践具有一定的参考价值。

穿浪双体船横向强度与扭转强度的有限元计算

穿浪双体船的连接桥在横浪和斜浪中遭受比较大的横向弯矩和扭转力矩的作用,其自身的强度对穿浪双体船的安全性来说至关重要。本文在有限元理论的基础上,采用直接计算方法对一艘穿浪双体船进行了横向强度和扭转强度的整船有限元分析,对其总强度进行了校核,并初步分析了该船上层建筑对总横强度的影响。通过对计算结果的分析,掌握了该船的应力分布,为结构优化设计提供依据。

艉扰流板对穿浪双体船阻力影响的试验研究

通过两种典型片体线型的穿浪双体船静水阻力模型试验，研究了艉扰流板深度变化对穿浪双体船总阻力、航行纵倾角、船体上抬的影响规律。结果表明：艉扰流板可以调整穿浪双体船的航态，达到有效降低阻力的目的，减阻率可达6％～14％，略优于艉部楔形板的减阻效果，且安装和调整更方便；艉扰流板深度对总阻力的影响较大，深度过小，无减阻效果；过大，会引起高速时船体埋艏和阻力增加，其适宜的深度与艉板宽度之比约为1％～2．5％；艉扰流板减阻效果的获得主要是来源剩余阻力的减少。

高速轻型穿浪双体船船型及性能试验研究

开展了140 t级高速穿浪双体船船型研究及阻力、耐波性系列模型试验,比较分析了三种典型穿浪船船型阻力、纵向运动性能的差别,确定了综合性能最佳的型线方案。对优选的型线方案,进一步开展了航态优化试验、变间距比、变长宽比、变重心纵向位置的阻力对比试验,不同间距比的静水横摇及不规则波横摇试验。指出了高速轻型穿浪双体船阻力和耐波性能的影响因素及其变化规律。

穿浪双体船兴波阻力研究

对穿浪双体船（WavePiereingCatamaran，简称WPC）兴波阻力理论计算方法进行了研究，在此基础上对一艘穿浪双体船模型的兴波阻力进行了理论计算，并将理论计算结果与模型试验结果、25°系列阻力图谱计算结果进行比较，探讨了片体修长系数、片体间距对WPC兴波阻力影响的规律。

穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法

文章在30～60米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上,对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因素进行分析。其中片体瘦削系数L/△1/3、片体间距比K/b和艉扰流板深度h对于穿浪双体船的剩余阻力影响显著,实船设计中存在最佳状态。文中对模型试验数据进行分析整理,绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数图谱,提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法,计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验的情况下,能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力,对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价值。

穿浪双体船兴波阻力数值计算

利用基于面元法的船舶兴波阻力和兴波波形的势流计算方法,将CFD与CAD技术联系在一起,数值计算高速穿浪双体船的兴波阻力与兴波波形。兴波阻力的计算与实船的剩余阻力曲线趋势符合,对实船船型参数的选择和优化有一定的指导意义。

用线性兴波阻力理论计算穿浪双体船的兴波阻力

以线性兴波阻力理论 (薄船理论 )Michell型兴波阻力计算公式为基础 ,结合穿浪双体船的船型特点 ,建立了一次和二次简化的Michell型兴波阻力计算公式 ,并以此简化公式计算了某穿浪双体船WPC×××的兴波阻力 .将计算结果与马丁法计算结果进行了比较 ,并探讨了兴波阻力规律及片体间距对WPC兴波阻力的影响规律 .

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。

穿浪双体船纵向扭矩计算方法研究

穿浪双体船是近十几年开发的新船型,它因具有航速高、适航性好、布置宽敞等优点而备受关注。也由于该船型片体窄而高、连接桥宽而矮的特点,使连接桥的横向强度、扭转强度成为结构设计的关键技术,但目前关于穿浪双体船在波浪中的外载荷研究尚不多见。根据力学平衡原理,在研究总纵弯矩的基础上,采用数学积分的理论方法推导出穿浪双体船波浪外载荷分布及连接桥扭矩的计算方法。通过船模实验与实船计算结果进行比较,证明该方法是可靠、可信的,对实船设计有一定的指导意义及实用价值。

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法,对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼—船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算的需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高。模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20%～30%。

新型小水线面穿浪双体船的阻力性能研究

为了研究某新船型的开发以及快速性问题,本文提出并介绍了一种新型小水线面穿浪杂交双体船的构型,首先对其开展了相关的模型拖曳试验,然后基于RANS方法、数值水池以及6-DOF运动模型的数值模拟方法对该船型的阻力性能进行数值计算,通过与试验结果的对比,验证了该数值模拟方法的可行性;同时对该船型在其他不同工况下的阻力性能也进行了数值计算,并对排水量和主尺度相似的WPC和SWATH也进行了数值计算,研究结果表明:对比不同工况下该船型的数值计算结果,发现正浮时的阻力、升沉以及纵倾角都要小于有初始纵倾角的值;在中低速时三种船型的无因次阻力、纵倾角以及无因次升沉差别很小,高速时该杂交双体船的无因次阻力、纵倾角以及无因次升沉都要小于WPC以及SWATH,从而说明了该船型在高速时具有优于同排水量和主尺度的WPC和SWATH的阻力性能。

穿浪双体船耐波性能预报方法研究

基于修正的切片理论的Seakeeper软件可以用来在方案设计阶段对穿浪双体船进行耐波性的理论预报,平均阻力增量除了在Fr>0.6后误差很大外,其他耐波性指标包括纵摇有义值、升沉有义值和垂向加速度有义值在Fr<1.0的范围内与船模试验结果相比有较好的精度。

波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响

穿浪双体船作为一种新船型,逐渐在近海高速客运领域中发挥重要作用。研究穿浪双体船在不同海况条件下的摇荡运动规律具有重要意义。本文采用修正切片法计算某穿浪双体船的纵摇、垂荡以及横摇运动的幅值响应函数,并采用谱分析的方法统计计算其在不同海况条件下的摇荡运动规律,通过零航速时计算结果与试验结果的比较,验证了本文计算方法的正确性。最后,对本文计算对象在不同海况条件下的摇荡运动规律进行了分析。

穿浪双体船的船型优化

以计算线性兴波阻力的切比雪夫多项式法为基础 ,以片体水下横剖面面积曲线作为优化目标 ,用变分法对穿浪船WPC××进行船型优化 ,通过逐次增加几何约束数目 ,得到了在较高速度下 (Fn =0 .4 )实用的优化横剖面面积曲线 ,并用切比雪夫多项式法计算优化后的片体兴波阻力 ,经比较可以看出优化的横剖面取得较好的降阻效果。

穿浪双体船T型水翼状态反馈H∞控制器设计

穿浪双体船在海洋中高速航行时,纵向运动会对其性能造成不利影响,产生的垂向加速度使乘员晕船,设备短期失效。为了解决此问题,首先建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动模型,然后运用切片理论求解运动方程中的水动力系数,将随机海浪作为外界干扰,以T型水翼为纵向运动稳定装置,进而建立带T型水翼的穿浪双体船纵向运动模型。最后以90 m长的穿浪双体船为研究对象,利用状态反馈H∞控制策略设计控制器,对船体的纵摇和垂荡进行仿真实验。结果表明:状态反馈H∞控制器可有效地减小船舶纵向运动,降低晕船率,为减小高速船纵向运动提供可靠实用的方法。

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。

500客位高速穿浪双体船阻力与船型优化试验研究

本文主要介绍和讨论在某高速穿浪双体船原型主尺度的基础上,综合考虑片体L／B和中心距等参数 对快速性和耐波性的影响,用理论方法确定500客位穿浪双体船的优化线型,并做模型试验对各种方案进行验证和 比较。

穿浪双体船迎浪纵向运动和阻力增值数值分析

针对穿浪双体船(WPC)航速高、航行姿态变化显著,传统方法难以准确预报其耐波性的现状,采用RANS方程及VOF算法模拟了船体兴波自由面,使用Overset技术实现了船体运动区域与周围流域物理量的插值求解,建立了穿浪双体船在波浪中运动及阻力增值计算方法,并通过计算结果与模型试验数据及切片法计算结果的对比发现,该方法较切片法预报精度显著提高,从而验证了该方法的有效性。数值计算结果还表明:该船波浪中的运动是以静水航行姿态为平衡位置的摇荡运动;不同波长时,阻力增值中摩擦阻力与压差阻力的贡献有所变化,在短波中(λ/L≤1.4),58.9%≤ΔRf/ΔRt≤72.4%,在长波中(λ/L>1.4),59.9%≤ΔRp/ΔRt≤70.0%。

穿浪双体船片体间距优化

实现了一种基于面元法的穿浪船兴波阻力和兴波波形的势流计算方法,数值计算了不同片体间距的穿浪双体船的兴波阻力与兴波波形。剩余阻力的计算与实船的剩余阻力曲线趋势较符合,片体间距的数值优化结果与模型试验吻合,其计算结果对实船船型参数的选择和优化设计有一定的指导意义。