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。     

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．     

船舶斜浪航行生存概率预报的安全盆方法

针对首斜浪和尾斜浪中船舶航行安全盆的构造及生存概率的预报方法，采用安全盆方法预报随机海浪中船舶航行的生存概率，考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性，建立了船舶横摇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、航速及航向角，采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程，构造船舶斜浪航行的安全盆并预报斜浪航行的生存概率．选取不同的初始条件、航速、航向角及随机波浪参数，在横摇初值平面上构造了一条长30．7m渔船的安全盆并计算了渔船的生存概率，分析和比较了在首斜浪和尾斜浪航行时，有义波高和航速对船舶安全盆和生存概率的影响．结果表明，船舶的倾覆是否发生，与航速、航向角及船舶瞬时运动状态密切相关，     

基于双向差分的船舶横摇时间序列的预报

根据船舶在随机海浪作用下的运动特性,基于双向差分算法建立模型,并运用于船舶横摇运动时间序列的预报,取得较好的效果.该模型也可用于纵摇、艏摇的时间序列的预报.     

用DSP实现不规则波作用下台架电液力矩伺服系统控制器设计

船舶减摇水舱试验台架是研究减摇水舱特性的重要试验设备，而能否准确地模拟船舶在海浪中的横摇运动是设计试验台架的关键，介绍了用DSP实现不规则波作用下电液力矩伺服系统控制器并应用于减摇水舱试验台架，试验结果表明，加入DSP控制器后系统性能得到很大改善．     

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。     

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。     

减摇鳍半实物仿真系统的设计与实现

主要讨论了减摇鳍半实物仿真系统的实现问题，通过P－M海浪波谱，采用能量等分法再现了不同海情下的二维海浪，采用半物理方法对船舶横摇运动进行了有效模拟。系统的实际测试显示，性能达到了期望要求。     

减摇水舱台架中伺服系统的分析与校正

船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备．为了准确模拟船舶在海浪中的横摇运动，在台架系统中采用电液力矩伺服系统来模拟海浪力矩．主要对伺服系统进行分析与校正，使电液伺服系统能够正确模拟输入的力矩信号。     

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.     

船舶外飘砰击有效砰击角概率分布

基于海浪波面斜率的随机性,研究了船舶外飘砰击有效砰击角的概率分布问题.将垂直法平面内船体表面斜升角在初始纵剖线角处泰勒展开,根据船舶运动的随机特性推导了船体表面斜升角的概率密度函数;在随机海浪波面斜率、波面倾角的统计规律和波浪破碎判据条件的基础上,推导了有效砰击角随机变量的概率密度函数,为进一步研究船舶外飘砰击载荷的概率预报方法奠定了基础.     

甲板上浪船舶随机横摇响应的数值模拟

数值模拟随机横浪中甲板上浪船舶的横摇响应．考虑随机横浪激励和甲板上浪引起的横倾力矩,建立船舶随机横摇运动方程．基于伯努利方程,推导船舶甲板上浪水质量的计算公式．以一条拖网渔船为例,计算不同波高作用下船舶的横摇响应,分析甲板上浪对船舶倾覆的影响．研究表明：考虑加工甲板上浪后,船舶有2个横摇中心,在响应过程中发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃;单独考虑捕鱼甲板上浪或加工甲板上浪时,船舶可以承受大的波浪载荷而不发生倾覆;同时考虑捕鱼甲板上浪和加工甲板上浪时,横摇过程中捕鱼甲板上浪水量突然增大,导致船舶倾覆．     

基于ADAMS的载人月球车性能分析

以载人月球车为研究对象,对月球车转弯性能和抗倾覆性能进行了理论分析.利用PATRAN和ADAMS建立了月球车车轮、底盘、悬架及月面环境模型,对月球车转弯性能进行了分析,并对月球车爬坡、两侧同时越障、单侧越障、越过沟壑时的俯仰稳定角、滚转稳定角进行了仿真.结论指出:转弯半径随着内外侧车轮转速比的减小而减小,当转速比为0时该月球车模型具有最小转弯半径2.4 m;坡度对俯仰稳定角的不利影响最大,月球车爬坡时俯仰稳定角的减小值与坡度的倾斜角度相等,滚转稳定角受沟壑的影响最大.     

滚装船在波浪和移动重载荷作用下横摇的浮基多体系统动力学分析

在滚装船—自由移动重载荷组成的浮基多体系统中,取滚装船的横摇角和重载荷在甲板上的横向位移为此系统的两个自由度。运用浮基多体系统动力学方法,建立了系统的动力学方程。以某型海峡滚装渡轮为例,对在若干重载荷同步自由移动和波浪共同作用下的滚装船横摇响应和重载荷位移响应进行了数值计算。可以为滚装船的安全性分析提供理论指导。     

船舶横摇与纵摇运动的非线性耦合方程

以欧拉角描述船舶的摇摆运动,考虑规则波浪力及船舶受定常力矩的情形,将水动力展为Ｔａｙｌｏｒ级数,利用欧拉动力学方程推导出船舶横摇与纵摇二自由度耦合的非线性运动方程,为船舶内共振运动响应动力行为分析奠定基础。     

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．     

融合双轴加速度计与单轴陀螺仪的滚转角测试方法

实时高精度滚转角信息对提高高速旋转弹药制导精度尤为重要。由于弹体纵轴存在高速旋转,若纵轴采用大量程陀螺,则会带来较大的输出噪声,同时不可避免地存在累积误差,导致滚转角测量精度不高。为解决这个问题,提出了一种融合双轴正交加速度计与单轴陀螺仪的滚转角测试方法,纵轴采用大量程陀螺进行滚转角测量,双轴正交加速度计测量横轴和竖轴上的加速度,利用低通滤波提取重力投影测量滚转角,由加速度计得到的滚转角作为观测量,基于卡尔曼滤波（KF）融合两种方式得到滚转角信息,利用加速度计修正陀螺仪从而提高滚转角测量精度。为验证算法的有效性,进行了弹道仿真实验,实验结果表明：在6.68秒的外弹道飞行过程中,单独使用加速度计测量滚转角精度为（RMSE标准）15.58°,单独使用陀螺测量滚转角精度为1.36°,融合算法精度为0.57°,且不存在累积误差。实验表明,该算法具有重要的工程应用价值     

轿车双侧顶盖抗压性能的虚拟实验评估

研究了小型汽车在双侧顶盖抗压试验中的安全性能,评估了不同滚动角及俯仰角组合对顶盖强度的影响,并分析了顶盖近侧及远侧之间抗压性能的差异.通过顶盖抗压试验对汽车的有限元模型进行验证;基于不同滚动角度及俯仰角度进行全因子正交试验设计.虚拟试验结果表明:俯仰角和滚动角的变化对顶盖抗压性能有显著影响,在127mm(5inch)的压缩行程中,当俯仰角相同时,在10°～45°滚动角范围内随着角度增加顶盖两侧强度持续下降;而当滚动角相同时,在5°～15°俯仰角范围内随着角度增加顶盖两侧强度逐渐减弱.总体来看,近侧顶盖的强度性能明显高于远侧.     

基于滤波技术的船舶航向控制研究

当海况较高时,海浪干扰力矩远大于船舵控制力矩,通过操舵很难减小航向偏离幅度,导致无效操舵次数增加。本文采用航向滤波的方法对航向信号进行处理,滤除海浪干扰主值频段对航向控制系统的影响,减少航向控制系统对海浪干扰主值频段的响应,从而减少无效操舵,降低舵机能量消耗和磨损。     

滚装重荷载应急卸载过程的浮基多体系统动力学分析

在救灾和战争等非常情况下，利用中小型近海滚装渡轮或改装后的渔轮渡海输送重荷载，具有可征用船只的数量多和装卸载不依赖吊装设备等优点。在缺乏港口屏蔽的海浪环境中，重荷载进行滚动卸载，必须考虑波浪对船的作用和重荷载与船的相互作用。通过对船在波浪中所受表观重力和表观浮力的分析，导出波浪作用力矩的计算公式。运用浮基多体系统动力学方法，建立波浪－浮基－重荷载系统的动力学方程。使用标准的龙格－库塔四阶方法进行数值积分求解。考虑海况、船型和重荷载在船上运动参数等因素，计算了各工况下的横摇运动响应。进而给出了重荷载安全快速卸载的驾驶操作要求及相关运动规律。