船舶操纵性海试实验虚拟仿真设计与应用

操纵性试验是船舶海试的重要组成部分,可有效评估船舶投入运营后操纵性能的优劣。船舶操纵性海试准备时间长、成本高、风险大,难以开展实验教学。依托虚拟仿真软硬件设施,充分融合虚拟现实技术、3D成像投影技术与船舶操纵性能分析方法,探索新型实验教学模式,完成船舶操纵性海试虚拟仿真设计;并以集装箱船为例,开展实验教学应用研究。船舶操纵性海试实验虚拟仿真有效弥补了海试的诸多不足,为学生沉浸式体验船舶操纵性海试全过程、掌握相关实验规程与分析方法提供良好的虚拟仿真环境。

风帆助航波浪滑翔器机动性研究

风帆助航波浪滑翔器(Sail-assisted Wave Glider,SWG)是一种利用风能和波浪能共同驱动的海上无人航行器,对其机动性能进行准确预测至关重要。本文基于SWG的升沉俯仰运动方式,通过模拟恒定风场和波浪环境,构建了五自由度运动学及动力学模型,并在Matlab/Simulink环境下建立运动仿真程序,以模拟不同海况下SWG的运动性能和回转轨迹。进行了海试,验证所建模型的有效性,反映SWG在真实海况下的运动特性。

深海多金属结核开采装备技术发展综述

随着全球陆地矿产资源的日益枯竭,深海多金属结核作为一种潜在且丰富的矿产资源,受到了国际社会的广泛关注。该文系统阐述了实施深海多金属结核开采的作业流程及装备组成,综述了国内外在该领域的试验活动进展,以及在深海采矿平台、水下采集系统、矿物提升系统、环境监测系统等方面装备技术研发应用情况,分析了国内装备技术发展相较于国外的差距,并提出了针对性建议。该文旨在推动我国深海多金属结核开采装备技术的发展,以实现深海矿产资源的合理开发和利用。

基于海试数据的水声信号自适应波束形成方法性能分析

为了更好验证自适应波束形成技术的实际应用,本文研究了基于海试数据的不同自适应波束形成方法的性能,对比分析CBF算法、MVDR算法、MUSIC算法的优缺点,总结了各算法适用条件及实用性。研究结果表明,在声呐的实际应用中,CBF算法更适用于实时性要求较高、目标数量较少的方位探测;MUSIC算法更适用于实时性要求不高、目标数量较多、目标数量已知的方位探测;MVDR算法更适用于实时性要求不高、目标数量较多、目标数量未知的方位探测。

波浪滑翔器船体横向稳定性分析

波浪滑翔器是一种广泛应用于海洋探测的新型海洋移动观测平台,往往将传感器搭载于波浪滑翔器船体上。为确保搭载不同传感器的波浪滑翔器安全进行海洋探测任务,通过船舶稳性原理初步确定波浪滑翔器船体的搭载范围,通过AQWA对不同搭载配置的波浪滑翔器船体进行规则波与不规则波仿真,探究波浪条件对船体横摇运动的影响并确定了3级海况下波浪滑翔器的搭载范围,结果表明:当有效载荷重量超过船体质量的4%(2 kg)或桅杆高度超过1 m时,初稳性高值GM会显著减小;在3级海况下,当搭载载荷质量与搭载高度乘积MH<2 kg·m时能够确保波浪滑翔器进行海洋探测任务时能够安全运行;通过水池实验与海试实验对仿真结果进行了可靠性验证。为波浪滑翔器海洋探测的搭载设计提供了有效参考。

海上拖曳式地磁矢量测量系统研制及海试

地磁场是空间中的矢量场,传统海洋磁力测量以地磁总场强度测量为主,丰富的地磁矢量场信息未能被充分获取和利用。鉴于当前现状,研制了海上拖曳式地磁矢量测量系统,该测量系统可应用于海上动态条件下,并最终测量获得地理坐标系下的地磁矢量场信息。对该测量系统开展了海上测量试验,完成了网格测线和重复线测量;海上实测数据经预处理后,重复线内符合精度优于6.7 nT、交叉点内符合精度优于6 nT,表明该测量系统初步具备了海上地磁矢量场测量的能力,可应用于近海或远海的地磁场测量任务,获得更加丰富的地磁场信息。

大功率海洋装备发动机链条设计与试验

针对大功率海洋装备发动机传动系统高疲劳性能及高耐磨性能的要求,结合啮合特征及受力分析对滚子链的销轴、套筒零部件进行了结构创新设计,并对热处理工艺进行了优化改进。对改进前后的链条进行硬度、耐磨性及抗疲劳性能测试的结果表明,改进后链条的销轴表面硬度可达800 HV_(0.2)以上、内单节压铆力降低了24.7%、链条经150 h磨损测试后伸长率降低了9%,链条疲劳寿命全部满足要求。最后,将改进后的链条装载到大功率海洋船舶发动机中,进行了2 000 h的航海试验,证明了改进后的链条可以满足大功率船用发动机正时链条的要求。该研究突破了中国海洋装备发动机链传动领域的技术难题,使中国成为全球第三个具备大功率海洋装备发动机传动链条生产能力的国家,并为高端制造业中的技术创新提供了宝贵经验。

波浪滑翔器脐带缆结构设计与海上试验

以“先锋”波浪滑翔器为例,介绍其结构组成和性能,重点对脐带缆结构中的柔性铠装缆、接线盒及缓冲减振结构进行详细设计。以类NACA翼型作为截面的铠装缆比传统扁平缆最大可减少40%的流体阻力。铠装缆2根3.5 mm钢丝绳与接线盒通过固定压板和绕柱的连接方式可提供约9994 N承载拉力。基于组合式碟形弹簧的缓冲减振结构可缓冲吸收约115.6 J冲击能量,保证脐带缆结构可承受8级海况产生的周期性载荷。在南海开展为期69 d的海上试验,航行里程为2383 km,在3级海况下平均航速为1.28 kn,虚拟锚泊精度半径小于80 m,验证了波浪滑翔器的海上航行性能。

大型邮轮船体部分航行试验要点分析

为更准确地测试邮轮的快速性、操纵性、舒适性等性能指标,对未来的航行安全提供重要的参考依据,交船前需进行航行试验。本文基于国产首制大型邮轮的实船试航情况,并参照规范和实船数据,分析了大型邮轮航行试验中,船体试验方面的航速测试、操纵性测试和振动噪声测试的流程和要点,并提出相关改进措施,以达到更好的试验结果,满足规范和船东要求,并可为后续建造的大型邮轮提供参考。

基于LabVIEW的深海气密采水器测控系统

现有常规CTD采水器测控系统自动化程度低、操作复杂。为此,基于LabVIEW软件开发了深海气密采水器测控系统,研究温度、盐度和深度测量原理,进行测控系统的硬、软件设计。2009年该测控系统在我国"海洋四号"科考船"HY4-2009-2"航次中成功应用,在中国海南试验中实现对深海气密采水器的快速、精确控制,并实时进行温度、盐度和深度等参数的采集、处理、显示和存储。海上试验表明,该测控系统具有测量与控制精度高、运行稳定可靠、自动化程度高、操作简便等特点,获得科研人员较好评价。该方法可推广到其他海洋仪器、设备的测控系统中应用。

蛟龙号载人潜水器的7000米级海上试验

蛟龙号载人潜水器研制是国家863计划重大专项之一,其目标是建造出一台可以执行规定使命任务的产品。海上试验是载人潜水器重大专项的关键阶段,2009年8～10月、2010年5～7月和2011年7～8月,分别完成了1000米、3000米和5000米级的海上试验任务。文章主要介绍了在2012年6月3日～7月16日之间完成的7000米级海上试验,内容包括海上试验的基本情况、海试取得的主要技术和应用成果、海试过程中发现的故障及处理情况以及对今后投入应用的启示,最后给出7000米级海上试验的主要结论。

蛟龙号载人潜水器的5000米级海上试验

“蛟龙”号载人潜水器研制是国家863计划重大专项之一，其目标是建造出一台可以执行规定使命任务的产品。海上试验是载人潜水器重大专项的关键阶段，2009年8～10月和2010年5～7月，分别完成了1000m和3000m级的海上试验任务。论文主要介绍了在2011年7月1日～8月18日之间完成的5000m级海上试验，内容包括海上试验的基本情况、海试取得的主要技术成果、海试过程中发现的故障及处理情况以及对今后技术改进的启示。最后给出5000m级海上试验的主要结论。

静水压力驱动取样器的设计与实验研究

在分析静水压力驱动取样器工作原理的基础上,通过对基于取样管支撑反力控制的"静水压力驱动取样"工作模式触发机制的研究和对基于驱动单元中配流阀阀芯位置控制的"静水压力驱动取样"机理的研究,设计了一种用于海底沉积物取样的新型静水压力驱动取样器。对该取样器机械结构进行了设计,完成了样机制作,最后进行了海试。海试结果证明了该取样器设计的合理性。

混合驱动水下滑翔机水动力参数辨识

与传统水下滑翔机相比,混合驱动水下滑翔机可以分别利用头部的浮力驱动单元和机身尾部的螺旋桨推进单元进行驱动从而实现不同形式的运动,具备低功耗、长航程、良好机动性等特点,具有广泛的应用前景.准确的动力学模型以及精确的水动力参数是实现混合驱动水下滑翔机控制系统设计以及精确导航的基础.在混合驱动水下滑翔机动力学模型已知的前提下获得准确的水动力参数是本文主要研究的问题.本文以天津大学研制的混合驱动水下滑翔机"海燕"作为研究对象,提出一种在有限航行参数条件下,基于大数据统计分析的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和参数辨识相结合来获取混合驱动水下滑翔机的水动力参数的方法.即首先建立滑翔机的动力学模型,推导出稳态数据与所求水动力参数的关系;然后采用CFD的方法得到其升力系数,根据大量稳态纯滑翔实验数据,结合大数据统计分析,辨识出其剩余水动力参数;最后,根据混合驱动模式下的实验数据辨识出与螺旋桨相关的参数,从而得到其整套的水动力参数.该方法不仅结合了CFD方法具有获取复杂外形结构航行水动力的特点,而且可以有效利用大量现场实验数据,因而能够更加准确地辨识其实际运动.通过运动仿真与试验对比,验证了该辨识方法的正确性和有效性,对滑翔机的研究具有指导意义.

深水海底管线铺设自动焊接技术研究

针对海底管道铺设的需要,完成了管道自动焊设备研制和自动焊工艺开发。焊接工作站采用双车双枪焊接,焊接小车结构紧凑、质量轻,符合海上应用需要。自动焊设备电控系统成功实现了焊车行走同步驱动、车载计算和全位置自动焊,特别是采用CAN总线技术,不仅各个单元之间连接线缆大为减少,而且焊接系统可扩展性得到巨大提高。采用带铜衬垫的内对口器进行打底焊,背面成形良好,尤其是采用窄坡口,大幅度提高了焊接效率。管道焊接接头超声检验和力学性能试验均符合API STD 1104—2005的要求。在建造场地模拟试验的基础上,成功地进行了自动焊海上试验。

海洋微结构湍流垂直剖面仪设计与试验

针对海洋微结构湍流垂直剖面仪测量系统的设计,建立了系统运动坐标系与动力学模型,分析了系统稳态运动特性,推导了剖面仪物理参数计算公式.设计完成海洋微结构湍流垂直剖面仪实验样机,指出样机进行测量工作时应保持的运动角度与运动速度.海试实验结果表明了系统方法的可行性和正确性.

大气环境控制技术在“蛟龙”号载人潜水器上的应用

介绍各种类型水下运载器如潜艇、载人深潜器等对载人密闭舱室内大气环境控制的共性要求。针对"蛟龙"号的客观条件,从动力、空间大小、浓度要求等方面分析其对大气环境控制的特殊要求。分析常见的几种密闭环境供氧及二氧化碳吸收技术如物理供氧、电解水、氧烛、超氧化物、一乙醇胺、固态胺、分子筛、碱石灰、氢氧化锂等技术各自的优缺点。在此基础上研制出一套环境控制样机,并将样机随"蛟龙"号载人潜水器进行1 000,3 000,5 000及7 000米级海试。海试的圆满成功进一步证实了样机的有效性。

受限水域超大型船舶富裕水深定量计算研究

针对国内外港口UKC计算方法和经验取值的差异性问题,本文提出了一种基于数据驱动并采用高斯混合模型和期望最大算法的UKC计算方法和优化取值标准,并以2009—2016年曹妃甸港超大型船舶进出港数据为算例,提出了受限水域不同吨位、不同装载率下的超大型船舶UKC的取值标准,运用缩尺船模、实船试验的方法对取值结果进行了验证。结果表明:不同吨位、不同装载率下超大型船舶的UKC应采取不同的取值区间,计算提出的UKC计算和优化取值结果低于目前超大型船舶进出港要求,对实现船型大型化和航运效益与安全的最优化具有重要的实际意义。

我国海洋能发电装置的测试和评价

发展海洋能发电装置测试和评价技术有助于推动相关技术成果转化,促进我国海洋能的开发利用。文章概述国内外海洋能发电装置及其测试和评价技术进展;重点分析海洋能(潮流能和波浪能)发电装置测试和评价的主要内容,包括功率特性、电能质量特性及其综合测试系统;分别选取潮流能和波浪能发电装置案例,按相应方法和内容进行现场测试和评价。

基于FSA方法的新船试航中主机调试安全性评估

新造船舶试航过程具有诸多的特殊性,也存在很多事故隐患,其安全性不容忽视。在诸多新船试航事故中,主机失控是其中重要的隐患之一。采用FSA方法对试航过程中主机安全性进行评估,通过建立故障树(FTA),找出引发主机失控这一安全隐患的最小径集,在此基础上做出有针对性的分析,并提出相应建议,确保新造船舶航行试验安全顺利进行。