高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现"海豚运动"现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现"海豚运动"现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.     

改进双向快速搜索随机树的无人艇路径规划

针对双向快速搜索随机树(bidirectional rapidly-exploring random tree, BI-RRT)算法在全局路径规划时存在搜索效率低、路径拐点较多等问题,提出一种改进BI-RRT的水面无人艇(unmanned surface vehicle, USV)全局路径规划算法。该算法采取了极度贪心的思想、高斯偏置随机点采样方法以及启发式的节点扩展策略,同时对节点扩展和搜索树连接进行角度约束,将生成的路径进行剪枝和3次B样条优化处理。结果表明,相对于改进前,改进的BI-RRT在平均时间、随机采样点和平均路径上分别减少了40.5%、65.0%和24.0%。改进后的算法时间、采样点和搜索树扩展大幅度减少,路径平滑度提高且路径更短。     

联合A*与动态窗口法的路径规划算法

由于无人艇所行驶的海洋环境比较复杂, 因此无人艇智能系统中的路径规划系统显得越来越重要。针对A^*算法与动态窗口法(dynamic window algorithm, DWA)存在的不足之处, 提出一种将二者进行结合的混合路径规划算法。通过对A^*算法得到的局部目标点进行迭代更新使水面无人艇(unmanned surface vessel, USV)利用DWA得到最佳搜索路径。仿真结果表明, 提出的算法所搜索的路径长度以及路径的拐点相对于A^*算法分别缩短了21%和减少了59%, 验证了所提算法的优越性。     

黄旭华:一生都属于核潜艇

正"当祖国需要我冲锋陷阵的时候,我就一次流光自己的血;当祖国需要我一滴一滴地流血的时候,我就一滴一滴地流!"上个世纪,在没有外援、没有资料、没有计算机的情况下,以黄旭华为代表的中国核潜艇人创造了世界核潜艇研制史上前所未有的速度:上马三年后开工,开工两年后下水,下水四年后正式编入海军战斗序列。中国成为当时全球五个拥有核潜艇的国家之一。     

融合图像识别和VFH+的无人艇局部路径规划方法

针对水面无人艇在复杂海况下的局部避障问题,文中引入深度学习方法来处理视觉信息,提出了结合VFH+算法的水面无人艇的局部路径规划方法.首先利用对称的编码器-解码器结构的图像语义分割模型和Faster RCNN网络模型进行水面边界线检测及水面障碍物识别,构建水面无人艇环境模型;然后采用基于VFH+的局部路径规划方法,通过逐步构建主直方图、二元直方图和掩模直方图压缩环境数据,引入合理的代价函数来获取实现水面无人艇的有效避障方向规划.在MODD图像数据集上的仿真实验以及实船避障实验结果表明,该方法能有效地提取水面图像信息,并得到合理的局部路径规划策略,在10 kn航速下的避障轨迹平滑,可满足水面无人艇的自主避障需求.     

无人艇保卫目标的仿真技术

建立无人艇保卫目标的仿真模型,先对目标威胁指标进行数字化和无量纲化处理,然后计算每个可疑目标的加权关联度,利用灰色关联算法对多个可疑目标进行威胁排序,从而确定每个可疑目标的威胁程度,再根据威胁程度进行优先拦截,解决了无人艇在保卫目标时,面对多个可疑目标威胁程度的不确定性.仿真结果表明,该方法比传统的威胁评估方法更准确,提高了无人艇保卫目标的可靠性.     

高速滑行艇三自由度运动预报与仿真

高速滑行艇具有航速高、机动性好等特点,在海上救助、气象监测等方面具有广阔前景.受到波、浪、流等环境因素的影响,滑行艇将产生多自由度的复杂运动.针对这些相对复杂的环境条件,用maxsurf完成了滑行艇的艇形设计,建立了分段调节功率喷水推进模型及滑行艇前进、升沉、纵摇三自由度运动数学模型,进行水动力分析和初步性能评估,并用Matlab程序编写了仿真系统,进行了三自由度强耦合运动的预报模拟,得到该滑行艇的运动时航速、深沉位移、纵倾角、阻力以及动升力、静浮力等变量与时间的关系,为高速滑行艇的研究、设计提供了一种有效的仿真平台.     

船-桥碰撞力理论分析及复合材料防撞系统

考虑桥墩刚度与船艏刚度,采用质点弹簧模型,建立了船-桥碰撞动力方程,分析了桥墩与船艏的相对刚度、碰撞接触时间对峰值撞击力的影响规律,修正了我国《公路桥涵设计通用规范》中漂浮物撞击力公式.研制了新型纤维增强复合材料防撞系统,开展了冲击性能试验,实现了相关桥梁防船撞工程应用.结果表明:当桥船相对刚度之比小于50时,峰值撞击力随桥-船相对刚度的增大呈对数形式增大;当桥船相对刚度之比大于等于50时,峰值撞击力可近似按欧洲统一规范取值.碰撞接触时间与船舶质量、船艏刚度相关.复合材料防撞系统能有效延长船-桥碰撞接触时间,大幅削减撞击力,从而有效保护桥墩结构安全,减轻船舶受损程度,具有显著的技术经济优势.