基于非线性横摇运动的风翼助航船舶航行安全性研究

应用非线性动力学理论与随机理论，建立随机风浪作用下风翼助航船舶非线性横摇运动数学模型，分析风翼助航船舶在随机风浪作用下的非线性横摇运动。以一艘76000 DWT巴拿马型散货船为目标船，仿真分析其加装风翼前后在轻载和满载时的横摇特性。仿真结果表明，风翼助航船舶轻载状态较满载状态产生的固定横倾角大得多。风翼助航船舶应尽量避免轻载航行或轻载航行时应减少风翼数量，以提高船舶航行安全性。     

船舶典型远洋航线上风力资源时空分布特征

为利用海洋风力资源实现对船舶的辅助推进,对全球海洋风场数据进行分析和处理,实现海洋风场在全球电子海图上的叠加显示.选取超大型油船(VLCC)中东航线和散货船巴西航线为典型航线,对航线周围海域的风力资源进行时空分布特征分析,初步实现远洋船舶利用风力资源进行辅助推进的有效性评估,为远洋船舶新型风翼助航系统的研发提供理论依据.     

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.     

大跨桥梁分离式三箱梁附加攻角效应研究

为研究附加攻角效应对分离式三箱梁颤振性能的影响,结合节段模型风洞试验和理论计算方法获得初始风攻角下的附加攻角,并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟方法求解初始风攻角下的颤振临界风速. 结果表明,分离式三箱梁的初始风攻角及箱梁之间的横梁对附加攻角有较大影响,节段模型在0°~+7°风攻角下存在十分显著的附加攻角效应,且表现为扭转振幅快速增大的硬颤振. 节段模型自由振动风洞试验难以直接获得分离式三箱梁在小风攻角下的准确颤振临界风速. 对于主跨3?300?m的悬索桥,0°初始风攻角下在颤振失稳前的静风附加攻角达到+7°以上,颤振临界风速大大降低,气弹稳定性得不到充分发挥. 因此,对于采用分离式三箱梁断面的超大跨径桥梁,在抗风设计中应对其附加攻角效应予以重视.     

小攻角下水下高速射弹的空泡形态特性

基于流体计算软件Fluent,在小攻角小空泡数下对高速射弹形成自然超空泡的空泡形态特性进行了数值仿真研究。采用二维求解器计算了某口径高速射弹超空泡流形态,并与SCAV软件计算结果进行了比较分析,二者吻合较好,验证了计算模型与参数选择的正确性;采用三维求解器对非零攻角下高速射弹的超空泡流动特性进行了模拟,给出了射弹的超空泡轮廓和射弹表面的空泡厚度分布曲线,分析了小攻角对高速射弹空泡形态特性的影响规律,攻角严重影响超空泡的对称性。研究结果为进一步研究水下高速射弹的水动力特性和弹道特性等问题提供了理论基础。     

基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制

设计一种基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制器,实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制.在采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶大幅度改向运动性能的基础上,利用反演法设计航向改变控制算法,引入积分控制环节消除模型参数不确定性和风、浪、流等干扰影响,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定.对实船的仿真对比可知,本文设计的船舶航向控制器性能优越,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

基于航迹误差预测模型的船舶自适应控制

为提高船舶控制精度,根据船舶航迹、航向、航速、舵角特性和历史数据,采用卡尔曼滤波进行误差预测估计,利用反传多层感知器自适应网络建立船舶航迹误差预测模型,并采用舵角、航向、航迹三层串级回路系统结构,完成自动舵控制功能.在风浪干扰、改变船舶模型的回转性指数、追随性指数、延迟因子和积分因子情况下,该系统以较少的舵角动作迅速收敛,减小了航迹的波动幅度和次数,使船舶航迹与预定航线更加拟合.仿真结果表明,在模型失配情况下,该系统仍可保持稳定的输出和光滑的控制作用,具有较好的鲁棒稳定性和良好的动态调节品质.     

山区大跨斜拉桥悬臂施工期风振响应实测

针对湖南郴州赤石大桥施工期桥位风特性及风致振动响应进行了现场实测与分析.对观测期大风天气桥面高度及桥塔塔顶处平均风速、风向、风攻角及紊流度等风特性参数进行了分析,并对桥梁结构风致振动响应进行了分析.结果表明:当风从北侧吹时风攻角变化范围较大,而当风从南侧吹时风攻角变化范围较小;桥梁结构主梁双悬臂施工期在大风作用下风振响应主要表现为"整体侧弯"以及"整体竖摆"振动;桥梁悬臂施工期结构自振频率实测值与有限元分析结果吻合较好.     

AIS性能标准对船舶航行安全的影响

船舶自动识别系统(AIS)作为一种新型的船用助航设备在船舶避碰方面起到重要的作用,通过介绍AIS的发展过程与技术性能,分析因盲目信赖AIS可能带来的不安全因数,针对如何充分利用AIS的特性,提出维护水上交通安全的看法.     

一对鸭舵控制的炮弹角运动特性及其影响因素

为了给鸭式布局炮弹的气动外形及弹道参数设计提供依据,研究了该类炮弹在一对鸭舵控制下的角运动特性.建立了鸭舵控制弹道模型,对一般炮弹角运动方程给出了鸭舵瞬时作用下的特解.通过仿真计算,分析了舵面偏转瞬时的攻角过渡过程及其影响因素,研究了弹体转速等对攻角特性的影响.结果表明,不同鸭舵气动外形参数对应的攻角过渡过程差异较大;弹体转速及最大飞行斜距对炮弹飞行稳定性的影响较为显著;当弹丸速度很大时,质心控制方位对最大攻角幅值的影响较小.     

静风效应对千米级悬索桥颤振的影响

在状态空间法的基础上,提出考虑静风效应的三维颤振分析方法.以驸马大桥为工程背景,采用自由振动法识别攻角从0°到6°主梁断面的颤振导数,在考虑非线性静风引起的主梁附加攻角效应以及结构动力特性变化的基础上,运用状态空间法对大桥进行三维颤振分析.结果表明:附加攻角对颤振导数有明显的影响;在颤振临界点,静风效应会使主梁附加攻角增大、结构动力特性降低;3°攻角下考虑静风效应,桥梁的颤振临界风速会降低14%.     

高速气流作用下两级飞行器动态分离过程研究

为研究超声速气流对分离过程的影响,开展了两级飞行器高速气流下动态分离过程的数值模拟,建立了高速气流环境下含空气阻力内弹道模型;基于嵌套网格技术,分析了不同高速气流来流速度及攻角下前级的气动与运动特性,得到了前级典型气动参数、动态分离速度及静动态分离速度差异变化规律.结果表明:在本文研究范围内,静动态分离速度差异在不同高速气流来流速度和攻角条件下变化明显.随高速气流来流速度增大,前级分离结束时刻的阻力系数、升力系数和动态分离速度减小,速度差异因子增大;随攻角增大,阻力系数、升力系数和分离速度增大,速度差异因子减小.      

大型风帆助航船舶综合节能减排潜力分析

为量化大型风帆助航船舶综合节能减排潜力,采用初步估算方法,分析某一大型散货船使用风帆助航系统后对主机降低耗油、辅助设备减荷与延长使用寿命,以及有害气体减排等的综合影响.计算结果表明,每年主机节油达806 t、滑油节油近6 t、发电柴油机节油13 t、CO2减排2500 t、SOX减排27 t.     

再论台湾海峡分道通航方案

通过对台湾海峡与航行有关的诸因素和交通流的分析，结合ＩＭＯ关于船舶定线制规定和其他有关国际公约，对台湾海峡的分道通航的必要性进行了探讨，从而提出了台湾海峡分道通航的方案，以及为了保证分道通航的实施，在加强建设助航标记方面的设想。     

船舶航向H~∞鲁棒控制

为有效抑制参数不确定性和干扰随机性对船舶航向的影响,设计了船舶航向鲁棒控制器.针对船舶海浪的遭遇谱能量集中频段随遭遇角的变化而变化,对不同的遭遇角选择不同的权函数进行设计.采用双线性变换对标称模型位于虚轴上的极点进行处理,并利用"2-Riccati"方程法求解控制器方程.仿真结果表明,与PID控制相比,该控制器航向控制精度较高,并具有较好的鲁棒性能.     

基于AIS的航标助航信息服务系统

为了使船舶航行更加安全,采用自动识别系统技术、网络电子海图技术、无线通信技术及数据库技术,利用监测的航标数据及AIS船舶数据,结合航标基础数据,在WEB-ECDIS航标助航信息管理平台上,整合其他航标助航信息,通过AIS电文6、8、12、14、21进行发布,以实现航标助航信息服务.     

锥形空化器的流体动力特性及其影响因素

为了分析锥形空化器的力学和流体动力学特性,对特定空化器进行水洞实验,针对各种锥角的空化器的流体动力特性进行仿真分析,并将实验与数值仿真计算的结果进行对比.结果表明:锥形空化器的锥角对其力学特性影响很大,并具有特定的变化规律;空化器的攻角对空化器的升力和阻力均有一定的影响,且不同锥角的空化器所受的力随攻角变化的规律不同.     

欠驱动水面船舶的自适应神经网络-滑模路径跟随控制

针对欠驱动船舶的路径跟随问题,提出了一种综合神经网络和滑模控制的控制方法.采用视线(LOS)制导方法解决船舶欠驱动问题,并设计了关于漂角的自适应状态观测器,将预测的漂角引入LOS以补偿漂角引起的稳态横向偏差;使用滑模控制方法实现航向控制,并用神经网络处理控制模型的不确定性问题;应用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,同时通过对比仿真试验结果,验证了本文所提出控制器的有效性.     

热带气旋中竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响

基于热带风暴"彩虹"中采集的高分辨率风速风向和双坡低矮房屋屋面风压数据,研究了台风天气下来流垂直于屋脊线时竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响.结果表明:来流垂直屋脊线时,屋面特殊风压系数与来流竖向风攻角之间呈现明显的线性关系.测点特殊风压系数受来流竖向风攻角的影响程度随着测点距迎风前缘距离的增加而减小.另外,受屋脊的影响,双坡屋面背风面距离屋脊较近的区域受来流竖向风攻角的影响程度会有一定程度的增强.来流竖向风攻角可能是造成双坡屋面迎风前缘及背风面屋脊附近风压系数实验值与实测结果差异较大的主要原因之一,在进行风洞试验模拟时,应考虑来流竖向风攻角的影响.     

利用气液协调控制的车辆稳定性控制系统设计

针对高速工况下轮胎易饱和并导致车辆失稳的问题,提出基于主动气动控制与液压差动制动控制相协调的车辆稳定性控制方法. 在车辆顶部安装一对主动风翼板并分析其气动特性,通过独立控制两风翼板的攻角以主动控制车辆所受的气动力/力矩. 控制器采用分层控制架构,顶层根据车辆运动状态和道路附着情况计算期望横摆角速度,中层采用模糊控制算法实时计算实现车辆稳定性控制所需的辅助横摆力矩,底层则协调主动气动控制和差动制动控制产生辅助横摆力矩. 在Casim/Simulink 联合仿真平台上对所提方法进行仿真验证,结果表明,该方法能使车辆的动力学响应较好地跟踪期望值,且能降低轮胎工作负荷,达到避免车辆失稳的目的.