肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。

北极通航船舶溢油的运动数值预测与应急处置

基于北极海域脆弱的生态环境特点,为了将溢油污染危害降至最低,以FLUENT为研究平台,建立多项因素共同作用下的船舶溢油模型,分析溢油在有冰海域中的运动特点。结果表明;当冰盖存在时溢油会黏附于冰的下表面,扩散范围小于相同温度下自由海面上的油膜扩散范围;部分溢油会被卷吸到冰盖表面并继续迁移,加速了冰盖的融化;溢油点距离冰盖较近时造成的污染范围小于较远时的污染范围。以此为基础对冰区溢油防治措施的应用进行探讨,提出可在冰区采用围油栏与积冰联合围控、在积冰较多海水中喷洒消油剂以及在距离北极大陆较远海域使用燃烧法等应急措施来控制溢油污染,有助于我国北极通航环境管理办法的制定。

基于雁群优化的声呐图像快速阈值分割方法

针对声呐图像阈值分割中,直接阈值法分割效果不理想而复杂阈值法运算效率低的问题,提出一种基于雁群优化算法的快速分割方法。该方法结合声呐图像的特点,根据先验知识截取部分灰度-梯度二维直方图,对其进行最大熵分割,通过计算熵值确定最佳阈值,并在寻找最佳阈值的过程中,引入雁群优化算法进行提速。实验结果表明,该方法用于声呐图像分割时,能够得到较理想的分割效果,同优化前相比,分割速度提高了10倍以上。

欠驱动无人艇轨迹跟踪的滑模控制方法

讨论欠驱动无人水面艇的轨迹规划和跟踪控制问题,并考虑动力学模型不确定性和环境干扰力的影响.对于给定二维惯性平面内的光滑期望轨迹,规划方法将获得船体坐标系下的参考跟踪速度和加速度.然后基于滑模控制方法提出一种轨迹跟踪控制律.通过理论分析可得,该控制律不但能保证无人艇轨迹跟踪的渐进稳定性,而且保证艏摇运动是有界输入有界输出稳定的.进行数值仿真,无人艇均实现了对封闭或开放轨迹的跟踪以及定位控制,验证了所提方法的可行性和有效性.

喷水推进型无人水面艇的嵌入式运动控制系统研究

针对无人水面艇（USV）系统因其强非线性和不确定性且难以建立精确的数学模型而难以控制的问题，进行了嵌入式运动控制研究。为某单泵喷水推进型无人水面艇设计了嵌入式运动控制系统，分别从软件和硬件两个方面实现了该嵌入式控制系统的体系结构。为了满足嵌入式无人水面艇控制系统对数据处理实时性和可靠性的需求，在S面运动控制器的基础上引入了α-β-γ滤波器。海试和湖试试验结果表明所设计的控制器和滤波器具有良好的控制性能，试验验证了该控制系统的可行性和可靠性。

肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法研究

船体伴流场的预报与分析,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是至关重要的.为寻求适合肥大型船伴流场的数值预报方式,使用通用CFD前处理软件ICEM CFD探讨了某肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法,并对影响该肥大型船尾部伴流场的一些关键网格的划分做了比较和分析.通过不同网格划分方法所得到的数值结果与实验结果的比较,得出了适合肥大型船伴流场的网格划分方法.同时,为验证该网格划分方法的适用性,对某化学品运输船和集装箱船的桨盘面伴流场进行了预报,其结果与试验值符合良好.三条船伴流场的数值结果表明,该网格划分方法在肥大型船粘性伴流场的预报上具有适用性.

Myring型回转体直航阻力计算及艇型优化

在水下智能机器人(AUV)方案设计阶段,针对如何在主尺度和巡航速度确定的前提下得到直航阻力最小的回转体形状这个问题,以Myring型回转体为研究对象,利用计算流体力学(CFD)方法计算其在水中做匀速直航运动时的阻力并与试验值比较以验证准确性。分别对二维和三维2种网格形式,标准和加强2种壁面函数的计算精度和计算效率进行了对比,并在此基础上探讨单独改变艏部或艉部形状时阻力的变化规律。再利用EXCEL、ICEM、FLUENT建立优化平台,基于多岛遗传算法在限制条件范围内对Myring型回转体参数进行全局寻优,寻找不同流速时阻力最小的Myring型回转体,为AUV设计阶段的阻力性能预报和艇型优化提供参考。

某散货船导流鳍设计与节能效果预报研究

针对船舶节能减排理论与技术研究中船舶水动力节能技术的需求,通过安装导流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施.基于CFD技术,研究了某散货船船桨舵相互干扰水动力性能的整体求解技术,预报了设计航速下该船体的阻力、螺旋桨的推力和转矩,通过与试验值的比较验证了该求解技术的可靠性.依据流经船体尾部三维流线绕船体分布的特点,确定了节能装置的主要参数,设计了导流鳍,并采用整体求解技术预报了船体、螺旋桨、舵和导流鳍相互干扰下各自的水动力性能,通过与无导流鳍时船体、螺旋桨、舵水动力性能的对比分析,预报了导流鳍的节能效果.通过绕船体三维流线流动细节的变化,探讨了导流鳍的工作机理.计算结果显示,安装导流鳍后,螺旋桨的效率有显著的提升,导流鳍的节能效果显著,至少可节能3%.

热液羽状流模型的建立与仿真

构建符合实际海洋环境的热液羽状流模型一直是进行水下机器人追踪探测研究的首要问题。目前应用的模型都比较单一,无法准确全面的描述羽状流特性,为了解决上述问题,提出利用一方程模型和细丝模型相结合的方法建立离散热液羽状流仿真模型。模型考虑了湍流对热液羽状流的影响,利用一方程模型对雷诺方程进行流场求解,并利用细丝模型对羽状物化学浓度以及细丝的变化进行计算。利用所建模型对热液羽状流进行仿真,结果显示,上述模型可以很好的模拟出热液羽状流输运过程中的复杂形态,以及羽状物化学浓度的分布规律。对仿真结果进行数值分析后表明,上述模型在时间平均浓度分布以及瞬时浓度随时间变化等方面与实验结果相一致,充分验证了热液羽状流模型的合理性,并且为水下机器人进行追踪探测研究提供支持。