破舱进水对船舶横摇运动的影响

为研究船舱破损进水对船舶横摇运动的影响,建立了破舱进水船舶在规则横浪中的横摇运动微分方程,将进舱水晃荡产生的动力矩作为作用于船舶的外力矩.利用FLOW-3D对进舱水产生的动力矩进行仿真模拟计算,利用Matlab编程对破舱进水的横摇运动方程求解,计算分析破舱进水晃荡对船舶横摇运动的影响.以一艘拖轮为例,用时域法对不同波浪频率下的横摇运动响应进行计算,对比分析了规则横浪中的完整和破舱状态船舶的横摇运动响应特性.结果表明,在船舶大幅运动时,进舱水液面会成波浪状,产生翻卷和破碎,引起较大的合外力矩,使横摇运动幅值增大,危及船舶安全.     

船舶在横向横浪中的倾覆概率计算

探讨了对横风横浪合作用下的船舶运动及其倾覆概率计算。计算中海浪用ITTC推荐的海浪谱,风采用Davenport频谱描述,用迭代法求解等效线性化横运动微分方程。得到线性横摇响应值算子,由横摇极值的概率密度,计算出船舶在不稳定区内繁次横摇的倾覆概率。并给出了一个计算实例。     

阵风与波浪作用下船舶横摇运动的随机模型及其稳定性分析

文[1]、[2]提出波浪和阵风作用下的船舶横摇运动的随机模型,他们都把波浪施加给船舶的横摇力矩幅值视为常量.但因阵风影响,横摇力矩幅值实际上是随机变量.本文在横摇力矩幅值服从瑞利分布的条件下,研究了横摇力矩及阵风荷载对横摇运动的影响.     

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.     

海浪测量的一种新方法

本文根据时间序列分析和参数识别理论,提出一种测量海浪的新方法.它不需要浪高仪,仅由船舶横摇运动记录曲线来估算海浪的统计值.这种动态海浪预测方法便于船舶航行中实时测量.通过对模型试验结果的对比分析和实船横摇记录的离线计算表明,本文方法是可行的.     

基于小波理论的舰船非线性横摇运动特性分析

探索采用小波分析方法研究船舶在波浪中非线性摇摆运动的动力学特性．对在几种不同的典型波浪参数情况下，得到的船舶在波浪中非线性摇摆的响应，进行小波变换．利用小波变换所特有的时频窗，可以同时在时域和频域中研究船舶横摇响应的模图和相图．通过分析所得模图和相图的典型特征，得到舰船非线性横摇幅值和频率等动力学特性．且小波变换适应不同频率的窗口特性具有更好的分辨率，可以获得更多的横摇运动响应特性信息．研究表明，小波分析在非线性横摇运动动力学特性分析的研究中是可行的，可以加强对船舶横摇非线性复杂动力学特性的分析能力．     

船舶横摇状态下行人疏散速度分析

为研究船舶横摇对行人疏散速度的影响，通过计算行人在横摇运动空间中不同维度的受力，依据实时更新的横摇角度和角速度，建立一种考虑船舶横摇运动的三维动态社会力模型。以横摇幅度和横摇周期为变量，设置多场景的仿真实验，计算行人平均运动速度和疏散时间，分析不同横摇状态下的行人运动规律。仿真结果表明：相较静态倾斜，船舶横摇进一步导致行人移动速度衰减及疏散进程延缓，随着横摇幅度增大，行人速度不断降低，横摇幅度超过15°后，疏散时间迅速增加；增大船舶横摇周期对疏散过程有一定的积极影响，可以有效提升人员行走速度，减少疏散时间，但其影响程度仍与横摇幅度有关；在相同横摇幅度情况下，当横摇周期达到10 s及以上时，疏散效率可以显著提高。研究结果可为设计人员提升船舶安全性和管理者制定人员疏散决策提供理论依据和技术支撑。     

STF切片理论的实用数值计算方法改进

根据STF切片理论,建立船舶在斜浪规则波下直航运动的五个自由度耦合方程,并考虑航速及球鼻艏对水动力系数的影响加以修正.此外,针对原计算公式中横摇阻尼系数项不考虑流体黏性的问题,引入Ikeda半经验公式对该项进行非线性修正,采用辛普森积分法和四阶龙格-库塔微分法分别对船舶水动力系数和各自由度随时间历程的变化进行数值计算.以Wigley系列船型和某教学实习船为例,将水动力系数、波浪扰动力及力矩和各自由度运动幅值与相关试验值、其他文献结果以及商业软件数值仿真结果对比.结果表明,经过非线性修正后,横摇运动响应结果与商业软件数值仿真结果更加逼近,其他自由度的运动响应结果与对应的试验值和其他文献结果也都较为吻合,证明了本文计算方法的可行性,且具有一定的实用价值.     

被动式减摇水舱减摇效果的评定

通过模型在规则波系列及不规则波中的试验，并结合有关的分析计算，指出被动式水舱的减摇效率与船舶本身的无因次横摇衰减系数μ有关，其规律大体呈线性关系。船舶本身的μ越小，加装水舱后能获得的减摇效率越高。当船舶在高海况下航行时，用减摇效率来评价水舱的减摇效果已无实际意义，应该直接在不规则波中进行试验。如果加装水舱后得到的有义横摇幅值能满足船舶耐波性衡准中限定的数值，则可以认为该水舱达到了预期的减摇效果。     

水平轴潮流能水轮机耦合运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴水轮机的水动力特性发生变化,采用滑移网格技术对无界均匀来流中水轮机发生横摇和纵摇耦合运动时的三维水动力特性进行研究.结果表明:水轮机轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,且横摇和纵摇耦合运动时轴向载荷及能量利用率的计算结果与只发生纵摇运动的计算结果基本相同;横摇和纵摇耦合运动时横摇力矩计算值的波动幅值比只发生横摇运动时的大;横摇和纵摇耦合运动时纵摇力矩的计算值与只发生纵摇运动时的计算值存在差异,横摇频率越大,差异越明显.研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机的结构设计及电能控制等提供相关数据.     

舰载火箭炮随动系统调炮动力学仿真

该文研究了某舰载火箭炮在舰船摇摆情况下随动系统调炮时的火箭炮受力问题.通过虚拟样机技术对舰载火箭炮系统进行简化和建模.根据海浪波能谱,计算了舰船摇荡运动的功率谱密度和舰船的随机摇荡运动.用ADAMS软件求解了某火箭炮在横浪和斜浪2种航行状态下,以大正弦规律调炮时各连接部位的受力情况.计算结果为舰载火箭炮瞄准机的设计提供了依据.该方法同样适用于其他舰载武器在舰船摇摆情况下的受力分析.     

船舶在规则波中回转运动的研究

研究了船舶在规则波中的回转性能．首先进行约束模型试验，得到了水动力系数，然后计算船舶在规则波中的回转圈．计算时考虑了波浪漂移力，并讨论波高一定时波长、舵角、船速对回转圈漂移的影响．     

船舶在规则横浪中的奇异倾覆

采用非线性动力学理论研究了船舶在风浪中的抗倾覆能力．用近似方法求解描述船舶横摇运动的非线性微分方程，获得船舶运动的稳态解．运用分岔分析方法结合Floquet理论对该稳态解进行稳定性分析，结果显示，在一定的波浪条件下，船舶运动将经历倍周期分岔而进入混沌，从而导致船舶的倾覆．由此证明，运动稳定性丧失也是船舶倾覆的一种模式，因此将倍周期分岔归纳为船舶倾覆的机理之一．选择船舶的固定横倾角作为一个敏感因素来探讨它对于船舶抗倾覆能力的影响．结果表明，船舶的固定横倾角会极大地损害船舶在风浪中的稳性．     

水下拖曳系统缆–船耦合运动模拟

为进一步提高水下拖曳系统在不同情况下的预报精度,将水面拖船和水下拖缆视为一个相互影响的整体进行考虑,计入缆–船耦合影响及拖船自身机动影响,采用数值仿真方法探讨整个系统在桨、舵操纵等机动情况下的运动响应特征.采用经典的MMG模型和集中质量法分别描述水面母船的操纵运动和水下拖缆的动态运动,在此基础上建立船–缆耦合运动及动力边界条件将其耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并采用四阶龙格库塔方法积分求解.通过对比仿真计算分析了包括水面拖船在内的整个系统在各种情况下的运动响应.结果显示：当计入船缆耦合影响后,系统的速度和回转性能有所降低;水下拖缆在系统机动过程中因计入水面拖船而自身运动的影响也会表现出更为符合实际的运动特性.     

船舶操纵运动仿真及其理论研究

建立了船舶操纵运动仿真数学模型，给出了一种新的风力和风力矩数学模型并预报了船舶在风作用下的操纵运动，提出了估算浅水中船体水动力的方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能，研究了边界元理论在船体水动力计算中的应用，并利用理论计算结果，预测了船舶的回转运动及Ｚ形操纵。     

锚泊船在风流中的偏荡运动研究

为研究单锚泊船在较强干涉力(风、流)作用下产生的偏荡运动,利用分离型建模思想,建立了锚泊船运动的数学模型,并利用Matlab对单锚泊船的偏荡运动进行仿真,得出船舶在偏荡以及走锚时的运动形态和各运动参量的变化趋势,进而得出船舶在风流中保证安全锚泊的出链长度的计算公式,可为船舶驾驶员的锚泊操纵提供参考.     

基于随机衰减信号的耐波性谱分析

提出了一种新的基于随机衰减信号的谱分析方法以用于船模耐波性能分析.该方法通过求解随机衰减信号获得自相关函数,再经快速傅里叶变换计算波浪谱、运动谱以及响应幅算子.将该方法应用于某型船的船模耐波性分析,分别给出了自相关函数、自谱密度函数、频率响应幅算子的结果.通过与规则波试验结果和其他常规谱分析方法的结果比较,验证了新方法的准确有效性.     

基于尾迹特征的SAR图像舰船长度估计

通过研究尾迹波谱的周期特性与舰船外形特征之间的关系,建立基于波谱函数的舰船长度估计模型.基于瘦船体假设条件,从数学上论述利用波高谱信息估算舰船长度的可行性,提出由图像谱计算波高谱,再计算波幅函数周期,最后得到舰船长度的三步法.以小船和大型舰船为目标,通过该方法和常用方法做对比实验.结果表明,三步法提取的舰船长度相对误差小于5%,提取结果受方位影响小,效果比传统的直接像素点灰度统计方法好,有利于进一步的舰船识别和分类.     

港内船舶低速航行时的舵效

为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对仿真结果的分析与比较,得出影响舵效的系列结论;同时,综合专家意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,可为驾引人员在实际工作中提供参考.     

波浪运动补偿平台的自适应预报控制模型研究

具有广义升沉运动补偿功能的波浪运动补偿平台可以减少船舶运动对海上作业和设备的影响.该平台系统的液压机构具有非线性和大惯性的特点.为了有效地进行广义升沉运动补偿,本文采用基于等维新息的自适应自回归多步预报算法和非线性PID控制器相结合的控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制.益参数随误差变化的非线性PID控制器具有较好的适应性、抗干扰性和鲁棒性,适合波浪运动补偿平台液压机构的控制特点,可以提高控制效果.结合实验获得的船舶甲板控制点的广义升沉位移数据,仿真试验结果表明:采用上述的自适应预报控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制能有效地减少平台的广义升沉运动幅值.