基于支持向量回归机的船舶操纵响应模型辨识

通过对自航模变形Z形试验舵角与转艏角速度数据的分析,应用最小二乘支持向量回归机（Least Square Support Vector Regression,LS SVR）辨识了船舶操纵运动响应模型中的操纵性指数,并用回归得到的响应模型进行了变形Z形试验的数值模拟.通过将首向角和转艏角速度的预报结果与自航模试验数据进行比较,结果验证了该方法的有效性.     

船模Z形操纵试验不确定度分析

依据MSC.137 (76)船舶操纵性规范,采用自由自航模方式对一艘标模进行了重复性Z形(±10°/10°,±20°/20°)操纵试验.基于国际拖曳水池会议(ITTC,2017)对于自由自航模试验不确定度分析的推荐指南,对船舶Z形操纵试验进行了不确定度分析,补充细化了ITTC不确定度分析的计算步骤,设计了根据精度限和偏差限的属性区别分析主要影响因素相对不确定度的方法,计算了试验结果总不确定度.结果表明:在95%置信水平下,Z形操纵试验各超越角的不确定度约为1%～3%,重复性试验是影响结果不确定度的主要因素,与ITTC规范相关结论一致,该不确定度分析方法和计算步骤可为其他船舶运动不确定度分析提供参考.     

基于两种螺旋桨建模方法的全附体船模斜拖试验数值模拟

应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,分别采用体积力法和基于实桨的滑移网格法对螺旋桨进行处理,数值模拟了全附体KCS船模的斜拖试验;通过水动力数值计算结果与基准试验数据的比较,验证了所采用的数值方法的可靠性.对两种螺旋桨建模方法的结果进行比较可以发现,综合考虑计算成本和计算精度,体积力法可以代替实桨方法进行全附体约束模斜拖试验数值模拟.     

基于Simulink的船舶运动模型动态仿真研究

为进一步研究船舶操纵性能,根据船舶旋回性指数(K)、追随性指数(T),建立船舶运动的一阶模型,利用Simulink对一阶船舶运动模型进行动态仿真,对船舶回转操作和Z形操纵的动态特性进行描述.对试验样本仿真结果进行的定量与定性分析表明,该模型是正确、可行的,对船舶操纵性试验研究具有实际意义.     

基于果蝇优化算法的支持向量机参数优化在船舶操纵预报中的应用

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动预报的ε-支持向量机(ε-SVM)的参数进行优化,建立船舶操纵运动预报黑箱模型,并用所建立的模型对Z形试验进行预报.通过预报结果与仿真试验结果对比,验证了该优化算法的有效性.研究结果表明,所设计的参数寻优方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.     

吊舱推进船舶操纵性仿真研究

为进一步提高吊舱推进船舶的操纵性能,根据船舶在操纵过程中的运动状态,建立了吊舱推进船舶综合仿真模型。分析吊舱推进器推力大小、回转角度与船舶操纵的关系,改进了现有三自由度非线性船舶运动方程,提出了吊舱推力矢量模型以及具体计算方法。在Matlab平台下分别实现了吊舱推进船舶和传统推进船舶模型的仿真,并比较了这两种船的回转操纵和Z形操纵性能。结果表明该模型能正确地反映吊舱推进船舶操纵运动状态并为吊舱推进控制技术的研究提供了可信的数学模型。     

一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法

针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维 斯托克斯(Reynolds averaged Navier Stokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.     

船舶操纵运动建模中的参数可辨识性问题

为保证系统辨识方法应用于船舶操纵运动建模中的有效性,提高建模精度,研究了船舶操纵运动辨识建模中的参数可辨识性问题.从系统辨识原理和船舶操纵运动数学模型结构特点的角度讨论了参数可辨识性的机理,并结合Mariner船试验数据,应用细长体理论分别计算了附加质量和黏性力导数,并与约束模试验结果进行对比.结果表明,附加质量的理论计算结果具有足够的精度,而黏性力导数的计算结果存在较大误差.为此,在应用系统辨识进行船舶操纵运动建模过程中,可将附加质量预先给定以解决参数可辨识性和提高辨识精度.     

小型船在静水及波浪中的操纵性能比较

通过数值模拟和模型试验两种手段对某小船在静水和波浪中的操纵性能进行了比较,数值模拟取用模型试验研究所用不规则波的等效规则波.分析表明波浪对船舶操纵性的影响较大,船舶在波浪中的操纵性能降低,波高越大操纵性能降低越明显.     

船舶浅水操纵性能的数值仿真

采用深水MMG船舶操纵运动方程,对其中各水动力导数进行浅水修正,建立了浅水操纵运动数学模型。采用四阶龙格库塔法求解,用MATLAB语言编制了相应计算程序,并对三峡水利工程枢纽通航船队浅水操纵性进行了模拟仿真处理。通过与已有文献试验结果的对比,证明了数值模拟的准确性。通过对浅水中船队回转性和航向稳定性的模拟仿真,研究了浅水对回转性和航向稳定性的影响。发现船队在浅水区域运动,在同样舵角下定常回转圆的直径增大;在同样的回转圆直径下,漂角减小,速度降减小。通过对船队在浅水中Z形运动性能预报,模拟计算的 K、T 指数与试验结果进行了对比,吻合较好。浅水较深水初转期时间增加,超越角减小,说明船队航向稳定性有所提高,相应舵力变小。     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

基于果蝇优化算法的船舶操纵响应模型的辨识

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动响应模型的结构参数进行辨识,并用辨识得到的响应模型进行自航模变Z形试验预报.预报结果与自航模试验结果的对比验证了所提算法的有效性.研究结果表明,基于果蝇优化算法的参数辨识方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.     

港口航道和码头通航安全评估

为了满足对福建液化天然气站线10万t级液化天然气船舶码头工程通航安全评估需求,就通航安全评估工作中的船舶操纵模拟器运用、船舶运动数学模型的建立、电子海图和码头CAD数据转换及叠加、虚拟通航环境生成、评估仿真模拟试验方案的设计与实施以及船舶航迹带生成系统等关键技术问题进行简要的论述.且运用大型船舶操纵模拟器和船舶航迹带生成系统,对10万t级液化天然气船舶的航行安全问题进行仿真模拟,并对模拟仿真结果进行分析评价,进而提出通航安全方面的合理化建议.     

船舶碰撞过程的数值模拟及试验研究

船舶碰撞是船舶运输过程中可能导致严重后果的海事事故,是船舶安全方面的一个重要研究方向。船舶碰撞过程的研究主要从两个方面进行:数值模拟和试验研究。从运动控制方程、能量耗散方程和ALE模型入手详细地介绍了船舶碰撞过程的数值模拟;从模型试验和局部结构试验现行流行的试验这些研究手段对实验研究进行了介绍和讨论。同时,提出了在现有条件下,船舶碰撞过程研究关键问题和可行的研究思路。     

考虑螺旋桨水动力的双桨船操纵运动数值模拟

针对实桨法模拟螺旋桨旋转计算效率低且双桨船尾流场复杂,而螺旋桨体积力法一般不考虑操纵运动下尾流场不均匀性对螺旋桨水动力性能影响的问题,采用RANS方法、重叠网格技术和螺旋桨体积力法,以DTMB5415M为研究对象,进行了双桨船操纵运动数值模拟研究．首先,对DTMB5415M进行了约束模试验数值模拟,以求取操纵运动下螺旋桨的水动力性能,从而建立操纵运动下的螺旋桨修正体积力模型;然后,将该螺旋桨修正体积力模型和原螺旋桨体积力模型分别用于DTMB5415M的操纵运动数值模拟．结果表明：螺旋桨修正体积力模型相比原体积力模型考虑了船尾伴流场不均匀性对真实桨侧向力和推力的影响,可以较准确快速地进行船舶操纵运动数值模拟．     

新概念无人穿梭艇静水操纵性能

引入一种具有单体半滑行穿浪船型的新概念无人艇——穿梭艇,对其优良的操纵性能进行研究和分析.根据国际海事组织船舶操纵性试验标准,搭建穿梭艇自航模系统,进行标准的自航操纵性试验,获取相关的静水操纵性数据.采用船舶操纵性理论,结合试验数据对穿梭艇的操纵性能进行研究和分析.试验和分析结果表明穿梭艇具有良好的操纵性能和灵活性、独特的操纵性特点和优势.此外,采用数值计算方法,对其独特的操纵性特点进行了理论分析.     

考虑黏性及压缩效应的旋涡运动特性

采用扩散速度法处理黏性作用项的离散涡法,数值模拟了旋涡在黏性不可压流场中的运动;推导了可压缩流中的旋涡运动方程,对不可压缩流中的Biot-Savart方程进行了可压缩修正,进而用离散涡方法求解出非定常、不稳定、可压缩流场中的旋涡运动。分析了胀量及黏性扩散作用对旋涡运动的影响,通过大量长时间行为的数值试验得出了一系列结果。结果表明：为了真实地反映旋涡在实际流体中的运动规律,必须考虑黏性及压缩性的影响。     

机械故障下双桨双舵船操纵运动数值模拟

为研究双桨双舵船在发生机械故障时的操纵性问题,基于计算流体力学方法(CFD)建立数值水池,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用(DFBI)模块研究船舶在操纵运动过程中的响应．以DTMB5415M为研究对象,对设计工况下的DTMB5415M操纵运动进行了数值模拟验证,并将该方法用于单螺旋桨失效、单舵失效和桨舵同时失效情况下的DTMB5415M操纵运动数值模拟．结果表明：双桨双舵船在发生机械故障情况下的操纵性能会发生恶化,单舵失效时的船舶操纵性能相比单桨失效时更差,异侧桨舵同时失效时的船舶操纵性能相比同侧桨舵失效时更差．     

民用飞机翼身整流粘性绕流数值模拟方法研究

利用CFD方法,针对民用飞机开展翼身整流黏性绕流数值模拟方法研究.采用Roe三阶迎风偏置通量差分分裂方法(FDS)和隐式近似因子分解方法(AF)对三维非定常雷诺平均N-S方程进行数值离散求解,采用多重网格技术加速流场求解收敛过程,并比较了不同湍流对翼身结合处流动分离的模拟能力.计算结果与风洞实验的对比表明,所采用的数值方法可以有效地模拟翼身结合处黏性分离流动,具有一定的工程实用价值.     

基于k-ε模型的剪切流中湍流动能衰减规律研究

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比,分析了在剪切流中入口湍流强度和湍流黏性比、来流速度梯度和输运方程扩散项等对湍流变量衰减的影响规律.结果表明:剪切流中存在湍流动能衰减;入口湍流强度对湍流变量输运方程生成项的影响较大,湍流黏性比对湍流变量输运方程生成项的影响较小;当入口湍流强度相同时,入口湍流黏性比越大,湍动能衰减的越快,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越小;当入口湍流黏性比相同时,入口湍流强度越大,湍动能衰减的越慢,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越大.