KVLCC2船-舵系统斜航水动力数值计算

通过求解RANS方程,选取RNGk-ε湍流模型,在模型尺度下对KVLCC2船-舵系统处于不同漂角时的斜航黏性流场进行数值模拟.首先采用3套网格进行网格收敛性分析,然后通过计算结果与试验数据比较,验证数值计算方法的可靠性.在此基础上,计算了舵角为零时不同漂角下以及不同舵角、不同漂角下作用在船-舵系统上的横向力和转首力矩,并对计算结果进行了分析.     

“育鹏”轮斜航水动力数值计算及运动仿真

为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船\"育鹏\"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模物理水池试验数据进行比较,验证了计算方法的可行性;对斜航水动力系数和力矩系数利用最小二乘法进行多项式拟合求取相关操纵性斜航水动力导数,代入\"育鹏\"轮六自由度运动数学模型中,用于预报和运动仿真.将部分仿真试验结果与实船海试数据进行对比,吻合较好,误差均在12%以内,验证了数学模型的正确性,提高了航海模拟器数学模型的精度.     

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．     

浅水中非线性波浪传播过程的数值模拟

采用混合的欧拉-拉格朗日法计算波浪传播问题;用0-1混合边界元法求解流场边界的速度势与法向速度;用非线性波浪自由表面边界条件的时间过程积分来推算游泳演变过程;并在远端辐射边界采用阻尼层数值消波技术,以消除远端边界对波浪的反射作用,数值结果给出了波浪传播过程中的形态并与线性波浪作了比较。     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.     

风流效应下船舶操纵运动数值模拟

采用Fortran语言编程,从底层开发了基于平面二维非均匀流数学模型、船舶操纵运动数学模型,并进一步耦合风的影响,构建了基于风、流效应下的船舶操纵运动数学模型.以三峡库区某典型河段为例,进行了静风、均匀风、随机风效应下的船舶操纵运动数值模拟.结果表明,船舶在该河段内受风影响明显;随着风速与风向变化频率的增加,船舶操控难...     

航弹尾流场数值模拟及柔性开舱可靠性分析

为了研究航弹柔性开舱可靠性,通过分析动态条件下弹簧引导伞的运动过程,获知弹尾部流场的复杂性;采用数值模拟计算,求得了弹底尾部压力场、速度场及涡流区的分布规律;依据流体动力学原理,建立了弹簧引导伞计算模型,由能量守恒原理,得出了柔性开舱可靠性的判定依据.     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性的数值模拟

采用滑移网格技术和计算流体力学方法,在导管螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程,以此模拟在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨的推力特性,观察螺旋桨在这一环境下的水动力现象.计算结果表明：当来流从尾部流向机器人时,对于尾导管螺旋桨,有机器人影响时其推力系数比无机器人时要小,对处于机器人舷侧的螺旋桨,有机器人时其推力系数比无机器人时要大;当来流从首部流向机器人时其情形刚好相反;而当机器人轴线与流向大致垂直时,有无机器人对螺旋桨推力系数的影响不大.     

考虑侧壁效应修正的循环水槽船模斜航试验水动力计算

采用计算流体动力学技术,以KVLCC2船模为对象研究速度修正方法对斜航水动力修正的影响及其适用工况,并与循环水槽试验结果对比以验证速度修正方法的有效性;采用Tamura速度修正公式对宽阔水域的试验流速进行修正,将速度修正前后的水动力及流场特征与循环水槽斜航试验的计算结果进行对比.结果表明:Tamura速度修正公式在阻塞比为3.5%~5.0%时有效,阻塞比过大将会加大船体两侧流场流速的变化;循环水槽中船体两侧的压力分布与其在宽阔水域中的差别较大;速度修正方法会同时增大船体两侧的压力,因此,在一定的阻塞比范围内可以减小两者的水动力差异,但当阻塞比继续增大时会增大两者的水动力差异.同时,基于低速风洞试验的阻塞效应修正方法提出了低速肥大型船循环水槽斜航试验的横向水动力修正公式.     

基于BP神经网络的船舶航向智能PID控制研究

针对船舶航向控制非线性的特性,以船舶航向运动一阶KT模型为研究对象,设计了基于BP神经网络的自整定PID算法航向控制器。将传统PID与BP神经网络结合,对被控对象由BP神经网络进行辨识,给出PID控制参数,由PID控制算法进行控制并优化收敛速度。根据真实渡轮船舶特征参数,利用MATLAB/Simulink仿真软件建立船舶航向运动控制系统模型。仿真结果表明,基于BP神经网络的PID控制系统超调小、鲁棒性好,可长时间稳定工作,几乎无稳态误差,控制算法的实用性以及动态控制系统的优越性得到验证。     

航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析

采用动网格技术并选取RNGk-ε湍流模型,通过求解非定常RANS方程,对浅水中航行船与停泊船相互作用的三维非定常黏性流场进行了数值分析.计算了停泊船受到的水动力,通过将计算结果与经验公式结果进行对比,验证了本文采用的数值计算方法的有效性;计算了航行船所受水动力,比较了作用在航行船和停泊船上的水动力的大小.最后,计算了不同水深、两船间距、停泊船离岸距离和航行船离岸距离条件下停泊船受到的水动力,并对计算结果进行了分析,得出了以上4种因素对停泊船受到的水动力作用的影响规律.     

用变系数微分方程进行船舶波浪弯矩的时域模拟

对船舶在波浪上的刚体运动理论加以改进，采用变系数微分方程对船舶在波浪上的运动进行模拟，并计算外力，计算表明，船舶在正弦波上的运动是一种近似于“拍”的运动，不是通常理论所假设的正弦周期运动，在微机上开发的程序能模拟各种规则波、非规则波输入时的船舶运动情况，为船舶结构可靠性分析中的外力随机分析奠定了基础。算例与文献进行了比较，表明了其正确性。     

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.     

三维宽浅河道水流数学模型研究

针对宽浅河道水流的特点,建立了一个基于分层积分降维数值解法的三维浅水紊流数值模型。通过对弯道水流的验证计算,其计算成果和试验值能较好地吻合。笔者等建立的数学摸型特别适合用来解决宽浅河道及河口水流问题。     

柱塞油泵的流场数值研究

据柱塞油泵结构,结合柱塞和阀球运动模型,运用动网格技术和自编程profile模块对Fluent进行二次开发,实现了柱塞和阀球运动与流场的耦合求解。可以确定柱塞腔内部任意计算时刻流场状态,柱塞运动过程中柱塞内部流场演化、阀球运动和流场特性,为研究油泵提供了参考和依据。     

基于自适应逆控制技术的船舶操纵仿真控制

对自适应逆控制理论中的对象动态控制问题和对象扰动控制问题分别进行了探讨,并且针对船舶模型特性,改进了自适应逆控制的框图,使其能够更好地应用于船舶操纵控制。在算法上用最小二乘法代替LMS(Least Mean Square)算法对船舶进行模型参数辨识和控制器的设计。仿真结果表明,改进后的自适应逆控制算法能适应船舶数学模型的变化,与PID控制相比,这种算法具有动态响应快,抗扰动性好等特点。     

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

针对船舶在海上运动的情况,提出了一种水动力模型的建立方法.依据切片理论建立了不同浪向下船舶纵向运动的水动力模型.基于船模水池实验,在分析442 t水面舰艇典型海况下水动力系数的基础上,通过仿真研究,推导出一种实时在线的船舶纵向运动控制模型;给出了计算实例并进行了误差均值和误差方差的可信度检验,置信度95%.该模型可实时在线地计算出船舶在任何航向、航速及海情下与频率无关的船舶纵向运动水动力系数,从而得到实时在线船舶纵向运动控制模型.所建立的水动力模型拟合均方差的相对值在0.4%～13.9%,平均拟合均方差的相对值为6.6%.通过MATLAB仿真计算证明:该模型完全能控、完全能观和渐进稳定.     

浅水中波浪载荷对半潜平台拖航运动响应和拖揽张力影响

针对浅水航道水域较浅且环境条件复杂恶劣的现象,以浮筒宽高比过大的新型半潜平台为研究对象,基于时域分析理论和浅水波浪理论,通过数值模型对比分析不同有义波高、谱峰周期、浪向角、拖航速度和拖揽长度对浅水海域半潜平台拖航运动响应和拖揽张力的影响。结果表明：波浪高度越高,平台垂荡、缆绳张力越大;谱峰周期越长,纵摇、缆绳张力越小;浪向角对横纵摇影响较大,极值呈凹凸型分布;不同工况下的新型半潜平台横纵摇均≤5°,满足拖航规范要求;缆绳张力受航速和波高的影响较大,当波高达到5 m,拖揽张力超过安全范围,可以通过降低拖航速度、缩短缆绳长度等措施规避风险。