数值波浪水池中航行船舶绕射问题的数值模拟

基于计算流体力学（CFD）方法建立了数值波浪水池（NWT）,并对波浪生成传播和波浪中航行船舶波浪绕射问题进行了数值模拟.讨论了适合航行船舶绕射现象模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下NWT中波浪生成、传播和消波等,模拟计算了多个航速顶浪和斜浪航行的拘束Wigley III船模在不同波长的规则波中运动时所受的波浪力（矩）.通过与势流理论结果和Delft University of Technology（DUT）试验结果的比较显示,NWT方法计算的结果与两者的结果吻合良好;比实验更易实现和控制;能描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

风翼助航船舶在规则波浪中的稳性

为研究风翼助航船舶在波浪中的稳性,以一艘46 000 t油轮为目标船,首先,根据目标船的船型数据,在Maxsurf软件中进行三维建模并验证其正确性;其次,将航行时船舶与波浪的相对位置分为4种情形,分析加装风翼后船舶在不同的船-波位置中的稳性变化.结果表明,波峰在船中部且波长近似于船长时,船舶稳性下降较大.最后,通过Matlab软件选取随机数的方法模拟船舶航行时的随机风浪,计算船舶在加装风翼后航行的安全可靠性.由船舶在8级风级下的最危情况可以看出,加装风翼后船舶的航行安全性要低于未加装风翼的船舶,并且存在4.77%的倾覆概率.     

内倾船型耐波性方案论证与数值分析研究

应用线性船舶水动力学理论,采用边界元法中的混合分布源法直接求解有航速船体在规则波中航行时的速度势函数,构建了船体波浪作用力及运动响应的计算模型。基于Wigley数学船型,对内倾式船型的方案设计开展了耐波性的数值计算,比较分析了不同内倾船型方案的波浪作用力及运动响应变化规律。数值结果表明:船舶艏部型线的内倾在一定程度上可加剧船体的纵向运动响应,而对波浪作用力的影响不显著。     

集装箱船波浪载荷的研究

通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷的初步分析.以一艘5500 TEU集装箱实船为例,通过设置不同航行条件来确定与运动和载荷最大值对应的航向角,得到了单位规则波作用下的运动振幅以及各种航向角下中剖面的受力转换函数和受力转换频谱,得到了主要载荷参数最大值所在位置、数值以及相应的航行条件,最后运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析,并与现行规范进行了比较.该结论可用于集装箱船极限载荷分析,也可为船体结构设计提供参考.     

渔船随浪、尾斜浪下骑浪/横甩直接数值模拟

为了更加准确地评估船舶在波浪中航行的安全性,以四自由度操纵性方程为基础,研究增加艏向角和浪向角以改变船舶航向、增加舵角控制方程来模拟舵效下降、增加横摇角参数来判断船舶是否倾覆,以及打出最大舵角仍然无法保持航向等典型横甩现象.以国际船模试验池会议船(ITTC ship) A2渔船为例,在波长船长比为1、波陡为1/15的海况下,进行随浪和尾斜浪海况模拟.通过突然改变的理念成功模拟出该船的典型横甩现象,并将部分模拟数据同已有试验值进行了对比,结果符合较好.在此基础上,进行了波浪参数分析,研究了不同波长船长比、不同螺旋桨转速、不同波陡下的船舶运动规律.     

艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响

依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.     

在不规則波浪上的船舶波浪冲击

本文作者假設了下述船舶发生波浪冲击条件;剛會裸露水面的船艏底在重新进入波谷时,只有当船艏柱与其波面的垂直相对速度大于某一个临界值并且只有当在此一瞬时有不少于某一长度的船艏底几乎同时入水与水面发生碰击,换言之,船舶是否发生波浪冲击,将取决于船艏柱剛入水时与水面的垂直相对速度及此一瞬时船艏与波面的相对位置,为了能应用数学方法处理,作者建議取船艏柱处及船艏柱后0.1L长度处的剖面与波面的相对位置以及船艏柱与波面的相对垂直速度,作为衡量船舶是否会发生波浪冲击的准則。在上述船舶波浪冲击条件下,并以海浪为高司随机过程以及船舶反应仍然可认为綫性的假设下,在本文第一部分中提出了計算船舶航行于不規則波浪上时发生波浪冲击的概率或每单位时間內发生波浪冲击可期望的次数,本文第二及第三部分中則分別研討了船舶发生波浪冲击时,从工程观点上,最大水动冲击压力,水动冲击力所引起的船艏底板架荷重,及由水动冲击力引起的船体振动所产生的最大动力附加总纵弯矩等的概率分布。     

运动相位对远洋船舶遭遇波浪荷载影响的研究

为考察船舶在波浪中运动相位对其遭遇波浪荷载的影响，根据波浪参数长期分布律推导了以船舶特征尺度与遭遇波浪超越概率为自变量的设计波高计算式；取波长等于船长，分别对于迎小姐和横浪航行状态，应用修正的切片法计算了ＬＲ－Ａ远洋集装箱船的舷侧和船底的水动力压力分布，数值试验结果表明，在确定船舶遭遇波浪荷载时，须特别注重其运动相位的选择以保证计算的可靠性     

基于表面波形获取水底压力的计算方法及其实验验证

为获取水面波形与水底压力的对应关系,提出基于表面波形获取水底压力的计算方法,建立表面波形和水底压力变化的测量系统.对水面波形测量结果,采用傅里叶级数展开法计算其系数,通过线性叠加法反演重构原来水面波形.根据有限水深色散关系计算不同频率组成波的波数,进一步计算出非规则波、船舶兴波以及船舶在波浪中航行时的水面波形在水底引起的压力变化.仿真结果表明,理论计算与实验结果吻合较好.     

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.     

罗兰-C ASF修正方法研究

罗兰-C电波在陆地路径上的传播误差是罗兰导航系统及北斗／罗兰组合导航系统中重要误差源,严重影响系统的导航定位精度。本文提出了罗兰-C长波信号在陆地上传播的ASF修正的理论方法和实测方法,建立了电波传播误差修正的模型,并给出了实测方法的具体测试数据,充分验证了该方法的工程可行性。     

光电经纬仪星校航向技术研究

为解决远洋测量船在海上缺少精度校准目标的问题，就光电经纬仪采用海上跟踪恒星的方式，从选星、引星和数据解算 3 个方面对远洋测量船上惯性导航设备提供的航向数据校准的相关技术进行了分析研究，并基于现有条件和技术提出一种结合正弦波拟合方式对船摇数据进行滤波和外推的算法。该算法通过对船摇数据进行抛物线差值细分，再经过最小二乘法获得正弦曲线拟合参数。在随“远望”号测量船出海期间对此方法进行了验证，实验结果证明该方法可有效提高船摇隔离度、增强空间目标跟踪能力，且在解算航向误差时具有较高的准确性和一致性。     

基于场方法的船舶交通流分析

为大范围、高精度地研究船舶交通流特征,引入场方法对船舶交通流进行分析.该过程基于理想的网格布置,以AIS船舶交通流数据为样本值,运用Delaunay剖分进行三角插值,得到船舶交通流流场分布图.与实际交通流情况的对比分析表明,场的形式能够较好地表征船舶交通流分布特征和航行水域安全状态;采用船舶交通流流场分析结果,可以提高船舶航行安全预警和海事安全监管的有效性.     

随机横浪中船舶倾覆概率的时域分析方法

为了研究随机海浪中船舶航行安全域的构造及生存概率的预报方法，考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性，建立随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程．综合考虑船舶运动的瞬时状态和窄带海浪谱，采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程，进行随机倾覆过程的数值模拟，构造船舶航行的安全域，计算船舶安全航行的生存概率．选取不同的初始蒂件及随机波浪参数，在横摇初值平面上构造了一手长30．27m渔船航行的安全域，预报了不同有义渡高作用下渔船安全航行的生存概率．采用本文方法，可以从数量上预报船舶在随机海浪中的生存概率．     

紧凑型地波超视距雷达海杂波区目标检测影响因素研究

针对紧凑型地波超视距雷达海杂波周边及区域内目标难以检测问题，通过相关影响因素的理论及实测数据统计分析，对系统信号积累时间选取、目标航行状态与海杂波区的关联以及实测数据的联合域展开研究,分析结果为雷达相干积累时间的选取制定了取值范围。研究表明海杂波区内远距离非机动目标潜在驻留时间超过雷达积累时间，且导致的回波多普勒变化量有限，但海杂波和目标在时空及极化域具有相对较大的差异，可作为海杂波区目标检测的重要依据。     

向家坝库区风浪要素计算公式及变化规律

向家坝水库全面形成以后,蓄水至水电站正常运行水位380 m,库区干流航行条件得到本质改善;但随着库区水位与面积扩大,风大浪高现象渐显凸出,影响船舶安全航行。为了掌握库区的风浪要素的变化规律,评价风浪要素对船舶航行、停泊与作业的影响程度,通过国内外各水域的风浪要素计算方法及其计算理论研究分析,结合库区各典型断面的实测数据,拟合得到比较能真实反映向家坝库区库风浪要素变化规律的计算公式,并结合计算结果总结得到库区全年的风浪变化规律,为后期库区航道的建设管理及船型的开发设计提供了必要的基础资料。     

紧凑型地波超视距雷达海杂波区目标检测影响因素研究

针对紧凑型地波超视距雷达海杂波周边及区域内目标难以检测问题，通过相关影响因素的理论及实测数据统计分析，对系统信号积累时间选取、目标航行状态与海杂波区的关联以及实测数据的联合域展开研究,分析结果为雷达相干积累时间的选取制定了取值范围。研究表明海杂波区内远距离非机动目标潜在驻留时间超过雷达积累时间，且导致的回波多普勒变化量有限，但海杂波和目标在时空及极化域具有相对较大的差异，可作为海杂波区目标检测的重要依据。     

三维地震勘探双船作业中炮船的应用

在三维地震勘探中,有时工区内会有平台、礁石、小岛等障碍,使用双船作业(Undershooting)是获得该障碍区域优良地震资料的一个好方法。根据三维地震勘探原理,只要在勘探面积上获得分布均匀的地下数据点,且具有足够的覆盖次数;检波器网格的大小满足空间采样定理,则三维地震勘探的数据采集就可以满足要求。所以海上的地震电缆(检波点)就可以绕过障碍区而获得足够的地下三维数据。阐述了双船作业的方法原理,就炮船(Source vessel)震源与导航系统的配置,以及近场检波器的安装方法作了详细说明。在实践中,应用该方法使炮船取得了很好的作业效果。     

改进的非相参导航雷达探测有效浪高算法

针对X波段非相参导航雷达对海杂波的成像,研究了利用信噪比和布拉格散射探测有效浪高的方法,提出一种用最大流速带通滤波来分割信号与噪声获取信噪比的算法。结合信噪比与有效浪高的关系,经相关定标处理,得到探测区域连续的有效浪高。与传统的X波段导航雷达测高方法相比,该算法不需要得到雷达探测区域精准的流速,简单高效,占用资源少。与舟山浮标有效浪高数据的对比,表明其有效提高了雷达测浪高的便捷性和稳定性。     

基于MEMS加速度计的波高测量装置

利用加速度计浮标对海洋特定的参数波高进行监测。加速度计浮标运用三轴加速度计、陀螺仪、强磁场计以及电磁罗盘模块作为核心电路,利用惯性导航原理,采用四元素法进行坐标转换,并用低通滤波算法对采集信号进行处理,将滤波后的信号值进行二次积分可获取轴向位移,其中Z向位移用来计算波高,同时运用倾角测量原理计算上跨零点处浮标与水平面倾角,并用电子罗盘进行校正,以此来判断波向的方法。使用该波高测量装置对一系列波浪进行测量,并与电容波高传感器进行对比,实验结果表明:运用加速度计浮标测得竖直方向位移曲线,与电容式波高传感器实测曲线相比一致性较好,针对测量结果进行对比发现频域内分析方法误差更小。因此基于陀螺仪和加速度计的波浪观测装置能够满足波浪实验测量需求。