变偏角垂直轴水轮机艏摇运动水动力分析

为了研究漂浮式潮流能装置载体的艏摇波浪运动响应对变偏角垂直轴水轮机水动力特性的影响规律,本文采用动网格技术,应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机发生旋转和艏摇耦合运动时的水动力特性进行分析,研究不同艏摇频率和艏摇幅值对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:与水轮机仅做旋转运动相比,艏摇使水轮机出现类似卡门涡街的艉迹,且涡间距随艏摇频率的增加而减小;水轮机水动力载荷的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机艏摇频率,波动幅值随艏摇频率和艏摇幅值的增加而减小;载荷波动范围的最大值随艏摇频率和艏摇幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小。研究结果可为水轮机结构强度校核提供参考。

基于实时反馈强化学习神经网络的船舶艏摇智能控制研究

文章提出了一种基于实时反馈强化学习神经网络控制的船舶艏摇智能控制方法。该方法将神经网络的非线性建模和强化学习的自适应控制技术相结合,能够实现对船舶航行过程中舵角的精确控制。并将PID控制算法、模型预测控制算法和实时反馈强化学习神经网络控制算法进行对比分析,仿真实验结果表明,后者在控制效果和稳定性方面均优于前两种方法,能够有效地提高船舶航行过程中舵角的控制精度和鲁棒性。

艏摇对立轴潮流能水轮机的水动力性能影响

为研究艏摇对立轴水轮机的水动力性能影响,采用ANSYS-CFX软件对2叶片立轴水轮机艏摇运行进行模拟分析.同时还对不同频率、不同速比下的推力系数和侧向力系数时历曲线进行分析,并采用最小二乘法拟合分析水轮机的载荷影响,结果表明:与在均匀流中仅做旋转运动的水轮机相比,艏摇运动不会影响水轮机的能量利用率,但是对推力和侧向力的瞬时波动幅值影响较大,速比和艏摇频率越大,瞬时值波动幅度越大;推力和侧向力的阻尼系数与艏摇频率无关,与速比有关,速比越大,阻尼系数越大.

竖轴潮流能水轮机横荡和艏摇耦合水动力分析

为了分析竖轴潮流能水轮机在无界均匀流下横荡与艏摇耦合运动时的水动力特性,本文采用滑移网格和动网格技术研究了轮机恒定转速下横荡和艏摇同频耦合运动及不同频耦合运动对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:当水轮机发生横荡和艏摇同频耦合运动时,水动力载荷瞬时值明显产生比横荡(或艏摇)运动更大的波动,载荷时变频率与耦合运动频率相同,其幅值随耦合运动频率的增加而增加;当横荡频率比艏摇频率大较多时,水动力载荷的变化规律和横荡运动时的基本一致,但随着艏摇频率的逐渐增加,艏摇运动的影响就会体现出来。研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机更多自由度运动水动力分析及电能控制等提供相关数据。

舰载稳定跟踪平台艏摇框架结构设计与模态有限元分析

介绍了舰载稳定跟踪平台的结构形式,平台采用三框架结构,克服了舰船艏摇运动对跟踪准确度的影响,并提高了跟踪准确度。对艏摇框架进行结构设计,应用模态有限元分析理论,对其动态特性进行研究,并提出了改善该艏摇框架结构动态性能的措施。最后通过实验验证艏摇框架结构设计的合理性。。

船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究

为进一步研究船舶在大幅度转向时艏摇和横摇的耦合机制,在非线性船舶运动数学模型的基础上,进行了不同情形下的操纵仿真试验。试验结果显示在大舵角转向时,船舶的艏摇和横摇运动存在较强的耦合作用,横摇幅度和艏摇幅度存在正相关性。指出大幅度的横摇使艏摇出现相位滞后和偏离基准航向的现象;在横摇过大的情况下,大幅度动舵和加速操纵将导致稳性迅速消失和航向打横。

基于遗传算法混合编码的船舶艏摇/横摇模糊网络控制

针对利用遗传算法(GA)优化模糊神经网络(FNN)船舶艏摇/横摇控制器结构和参数时存在的"维数灾难"和"缺失整体性"问题,采用析取式标准形式模糊规则,并设计了一种新的GA编码方案——实数和符号混合编码,同时优化FNN的模糊规则和参数。最后,利用船舶三自由度(艏摇、横摇、横荡)数学模型,将该方法与一般GA-FNN方法进行仿真对比,结果表明,该方法不仅有效解决了上述问题,而且艏摇/横摇控制效果明显优于一般GA-FNN方法。

桥墩紊流对船舶艏摇力矩作用的定量分析

为了定量分析桥墩流场对临近船舶作用机理,文中引入经典的湍流模型建立了单桥墩的船舶运动数值模拟方案,设定船舶顺流下水航行的计算边界条件,运用FLUENT模拟无船通过情况下的单圆柱桥墩流场变化特征.运用DES模型及动网格技术,选取不同船舶与桥墩横向距离参数下,模拟船舶通过单圆柱桥墩时的紊流和船舶艏摇力矩的变化.多工况下的数值模拟结果表明:船舶驶近桥墩时,船舶艏摇力矩受到桥墩流场的影响显著化;随着船舶与桥墩横距的增加,桥墩流场对船舶艏摇力矩的影响逐渐减弱.计算示例表明,当横向距离达到桥墩直径1.5倍时,两者之间作用可以忽略.

顾及风流压差的艏摇偏差校准方法

多波束艏摇偏差校准是多波束校准的主要内容之一。针对目前多波束艏摇偏差参数不同航次校准其结果相差很大的问题,分析得出了风流压差是产生此差值的主要原因。为此在两种计算风流压差基础上,提出了计算艏摇偏差的改进算法,并利用实测数据进行了验证。验证结果表明:改进方法能够有效地计算出多波束的艏摇偏差,提高了多波束艏摇校准精度。

规则波中内转塔式FPSO艏摇失稳研究

研究规则波中内转塔浮式生产储卸油平台(FPSO)的艏摇失稳现象。采用SESAM软件建立船舶水动力模型并计算水动力系数。考虑平均漂移力,建立了FPSO艏摇单自由度非线性动力学方程。应用Lyapunov稳定性定理分析平衡艏摇角随波长-船长比的叉形分岔现象,并与模型试验进行对比,结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。分析了横摇和纵摇阻尼、内转塔位置和载况对FPSO艏摇失稳的影响。考虑一阶波浪力和平均漂移力,建立了FPSO的6自由度全耦合动力学方程并数值求解,研究艏摇失稳时FPSO的6自由度运动响应,分析艏摇初始条件的影响。计算结果表明,初始条件的细微差异会导致不同的运动响应,艏摇失稳会显著增大横摇响应幅值。

考虑艏摇的半潜式平台涡激运动试验研究

为研究半潜式平台的涡激运动特征,进行了水槽模型试验研究。测试了流向角为0°、15°、30°及45°时,在不同来流速度下半潜式平台的横荡、纵荡及艏摇运动响应;并以艏摇运动为重点,从响应幅值、运动频率等角度出发,探讨其涡激运动的关键特征。结果表明:在不同来流方向情况下,半潜式平台均未发生明显的频率锁定现象。当流向角为0°和15°时,平台三自由度响应随约化速度的增加近似呈线性增大的趋势;当流向角为30°和45°时,在约化速度4~10附近平台响应出现了明显的共振现象,并在此现象结束后响应大幅减小,之后,随着约化速度的增加再次大幅增大。除个别工况外,艏摇与横荡均高度耦合,其响应频率主峰值基本保持1∶1关系;艏摇固有周期对平台三自由度运动频率及幅值影响均不明显。流向角为45°时,平台的艏摇运动最为剧烈,在各个约化速度下响应幅值均数倍于其他流向角。另外,在0°流向角时观察到了“驰振”现象;15°流向角的多个约化速度下观察到了“自激”现象。

艏摇运动下船用转子系统的非线性动力学特性

考虑艏摇运动,基于短轴承油膜力理论建立了船用转子-轴承系统的动力学模型,理论分析显示系统运动微分方程具有较强的几何非线性。受到艏摇运动影响,转子会相对轴瓦产生偏转,受到非线性油膜力矩等多种作用力。采用数值方法,分析了艏摇运动影响下转子的非线性动力学特性及其相对轴瓦产生的偏转运动,研究了艏摇幅值及频率比对转子运动的影响。结果表明:当转速较低时,转子相对轴瓦产生的偏转较大;当转速较高时,艏摇使得转子能够进入混沌运动状态。转子振幅及其相对轴瓦的偏转随着艏摇幅值的增大而增大。随着频率比的减小,艏摇运动对转子影响逐渐减弱。

基于全耦合时域运动模拟的FPSO艏摇失稳研究

本文建立系泊浮体全耦合非线性六自由度方程,研究了规则波中FPSO的艏摇失稳现象.将数值求解得到的平衡艏摇角与试验结果进行对比,验证了方程的准确性.分析了艏摇失稳对FPSO运动响应的影响,研究了初始艏摇角、波陡对FPSO艏摇失稳和运动响应的影响.结果表明:FPSO在特定波长船长比下会发生艏摇失稳现象,作用在船体上的波浪载荷增大,从而引起较大的横摇和垂荡响应;波陡不会影响最终平衡艏摇角,但会影响艏摇达到平衡所需的时间以及运动响应幅值;初始艏摇角会影响FPSO最终达到的平衡位置和运动响应.

水平轴潮流能水轮机艏摇运动水动力性能分析

为探究艏摇对漂浮式潮流能水轮机的影响,本文采用滑移网格模拟水轮机的艏摇和旋转运动,选用SST k-ω湍流模型对不同振幅和频率下的潮流能水轮机进行非定常模拟,在水槽试验中采用ADV测量固定式水轮机尾流场流速以验证数值模拟的准确性。研究结果表明:艏摇运动时,水轮机的水动力系数整体波动频率为艏摇频率的2倍,同时伴随着频率为叶频的高频脉动;随着艏摇振幅的增加,水轮机的平均水动力系数逐渐减小,而随着艏摇频率的增加,其平均水动力系数逐渐增大,但均小于无艏摇工况下的水动力系数;在艏摇振幅最大位置处,水轮机不同叶片的迎水面受到不同程度的水压载荷,随着振幅的增大,尾流场速度分布逐渐丢失对称性,且出现较为明显低速区摆动现象。

高速船减阻减摇艏艉鳍的试验研究

采用试验研究的办法 ,探讨了减阻减摇艏艉水鳍在傅氏数Fr =0 .5～ 0 .9的范围内圆舭快艇上应用的规律性问题 ,通过对某型舰艇模型的试验研究表明 :Fr =0 .5～ 0 .9的圆舭快艇模型总阻力可减小 5 %～15 % ,且在波浪中的适航性有明显的改善 .

周期艏摇运动对浮式风力机的气动影响

相比于偏航工况,浮式风力机在风波联合作用下的艏摇运动不仅改变了来流的入射角度,又给叶片附加了牵连角速度,对其气动特性及稳定性带来巨大的影响。基于升力面自由尾迹方法研究周期艏摇运动对NERL 5 MW浮式风力机的气动影响,从入流速度的角度分析艏摇运动的作用机制,捕捉到了艏摇运动下的畸变尾迹,评估了风轮-尾迹效应。结果表明:幅值为3°的周期艏摇运动下,风力机平均功率上升了1.49%,波动幅值接近100 kW,最低功率值等于3°偏航工况;充分发展的尾迹对风轮的诱导作用略有减小,但对特定叶片的诱导作用反而加强:初始时刻位于特定方位角的某叶片会持续过载,且整机的艏摇及横摇力矩波动剧烈,不利于风力机长时平稳运行。

仿生机器鱼艏向摆动动力学仿真及分析

由尾鳍拍动产生侧向力导致的机器鱼的艏摇能够影响航行器的推进效率。该文首次运用Adam as软件对北京航空航天大学机器人研究所“SPC-II”仿生机器鱼进行了尾鳍受力分析和动力学仿真。从鱼体和尾鳍推进机构质量比、拍动频率以及对尾鳍攻角的影响三个方面对仿真结果进行了分析,得出以下结论:随着鱼体和尾鳍推进机构质量比的增大以及频率的增大,艏摇不断减小;鱼体和尾鳍推进机构质量比小于78,没有出现共振现象;艏摇的存在会明显的衰减尾柄主臂和尾鳍攻角的角位移。

基于重叠网格的船舶航向稳定性数值研究

基于重叠网格技术,采用URANS粘性数值模拟方法,对标准船模KVLCC2裸船体的航向稳定性进行了数值预报。基于STAR-CCM+平台,采用重叠网格技术和切割体网格,根据SIMMAN2014提供的标准算例,对KVLCC2进行了斜航运动和纯艏摇运动的数值模拟,得到了横向力和转首力矩的历时曲线,并根据操纵性数学模型推倒出水动力导数,并计算稳定性衡准数,所有计算结果同模型试验数据吻合较好,验证了采用当前处理方法预报航向稳定性的可靠性。

船舶在波浪中运动的六自由度非线性耦合方程

基于刚体运动学理论 ,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动 ,在分析了船舶受力情况的基础上 ,运用质点系相对于质心的动量矩定理和 Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程 .在建立方程的过程中 ,考虑到流体对船舶的影响 ,引入了附加质量和附加惯性矩 .最后利用该方程推导出了常用的船舶运动数学模型 .

船舶低速横甩机理研究

本文利用非线性振动理论研究了参数激励频率和波浪的强迫激励频率相同且等于艏摇固有频率2倍时的船舶1/2亚谐共振运动,揭示了船舶在低速航行、遭遇频率相对较高时,积累艏摇运动导致横甩发生的机理。