减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.     

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。     

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。     

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。     

舰船横摇-纵摇耦合运动的亚谐共振分析

舰船运动的阻尼和刚度非线性，导致舰船大幅运动进横摇和纵摇之间的耦合。该文根据舰船纵摇与横摇耦合的非线性运动方程，考虑强海浪激励以及纵摇和横摇频率为2：1的内共振关系，采用非线性动力学中多尺度方法，求出横摇和纵摇运动的摄动解，研究了亚谐共振发生的条件，揭示了亚谐共振状态下舰船横摇-纵摇运动的动力学特征。研究表明，舰船亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小；舰船运动发生亚谐共振时，舰船出现大幅运动甚至倾覆。     

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.     

大型船载卫通伺服随动系统船摇隔离度

分析了船摇扰动对大型船载卫星通讯天线三轴稳定系统的影响,研究了隔离船摇的解决方法,并通过相应环路设计和船升摇试验测试验证了解决方法的正确性。     

船摇位置滤波仿真的S函数实现

船载两轴光电系统和雷达等仪器自稳定功能的实现，主要基于惯性导航系统给出的船摇位置数据补偿船摇干扰．在简要介绍递推最小二乘滤波原理的基础上，利用MATLAB软件，通过编写M文件S函数，实现用递推最小二乘滤波对船摇位置进行滤波的仿真，仿真结果表明，通过对船摇位置滤波能够提高船摇数据的精度，进而提高船载仪器自稳定的精度，用SIMULINK5中的S函数实现递推滤波器是一种新颖的仿真方法。     

用方向谱求解油轮横摇运动

确定一阶横摇运动方程中各系数，一阶横摇干扰力矩，以及单位波面角状态下横摇幅频响应函数；将波能谱转换为波面角能谱，利用波面角方向谱计算油轮横摇时有效波面角能谱，得到任意波向下横摇运动谱，并考虑了水深的变化对油轮横摇运动谱的影响。     

基于MATLAB的海浪及船舶横摇仿真模型研究

在分析随机海浪的波倾角和能量谱以及船舶运动受力的基础上，建立了随机海浪的仿真模型，利用MATLAB软件对海浪波倾角及船舶的横摇运动进行了仿真，为船舶横摇控制及隔离船摇稳定平台的建立奠定了基础。     

渔船起网时的横摇运动

用时域分析方法研究了横浪情况下渔船舷侧起网时的横摇运动及其安全性，分析了起网力矩对横摇运动的影响，利用本文提供的方法，对１艘渔船在起网过程中经受风、浪和起网力矩联合作用的横摇运动进行了计算，并根据计算结果分析了各因素的影响。     

台架系统模糊PID控制算法的研究

船舶减摇水舱试验台架是设计减摇水舱的重要设备，能否准确地模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键，本系统在电液力矩伺服控制系统的基础上加入了Fuzzy—PID环节，使系统的动态性能得到了改善，可控性得到了加强，其仿真结果符合系统设计要求．     

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.     

排水型船可动尾插板减纵摇模型试验研究

针对某排水型深V船高海况下航行时纵摇幅值过大的问题,提出了一种可动尾插板减摇方法.利用粘流CFD软件,分析了安装尾插板前后船底压力分布的差异,揭示了尾插板对船体纵摇运动控制的力学原理.通过静水生摇试验,评估了尾插板的减纵摇能力,进而开展了顶浪中不同尾插板运动工况下船模纵摇运动响应的测试及分析.试验结果表明:在研究工况范围内,所设计尾插板的减摇率均在12%以上,最高可达33.4%,验证了该方法减纵摇的有效性.     

隔离船摇补偿新方法探究

提出了一种新的隔离船摇的方法--陀螺前馈补偿法.对自跟踪位置环、含有陀螺反馈内环的自跟踪环和含有陀螺前馈补偿的自跟踪环这三种环路的船摇隔离度进行了对比分析和计算.与传统的陀螺反馈法相比,陀螺前馈补偿法隔离船摇的效果明显提高.     

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。     

槽型减摇水仓特性参数的理论估算和试验方法

国外有关研究认为:槽型减摇水舱由于缺乏足够的理论计算方法,因此减摇效果预报只能依靠试验。上海交大船池对槽型水舱进行了专门的试验研究。本文根据渡边惠弘、Goodrich、Lewison、Webster 等理论方法的特点,发展了槽型水舱的综合模型,求得了适用于各种尺度比例的周期公式,井初步建立了估算阻尼的理论方法:通过能量方程积分实现分布参数系统向集中参数系统的转换,从而确立阻尼系数和水舱几何尺度的数学关系。本文并力图给出完全的舱船系统简化横摇运动方程组(?)周期系数λ=(1 2r(s-b)(π/4 l/b)(π/B))~(1/2)阻尼系数W=(l r)/(2h_0)(π/(λcos(ω_0l)/(c_0))·(2r/B))~2[2(2.23b/r 1)1g(s/b 1/2)~2 1.5(s/b)~2]力矩系数M_t=2ρg(l r)[2rs(c_0)/(ω_0)(tg(ω_0l)/(c_0) yg(ω_0r)/(c_0)) b(Hh_0-(h_0~2)/2)cos(ω_0r)/(c_0)]为测定水舱特性参数,特别设计了强迫摇摆装置和动力衰减试验方法。试验结果和理论计算结果吻合。看来应用理论方法设计最佳槽型水舱并预报其减摇效果是完全可能的。     

小型船舶的横摇减摇

评述了船舶尺度对较小型船舶的横摇响应的影响，以及在较小的波高和波长的海浪中对于小的横摇自然周期的船舶的升沉和横摇共振的影响。并且对各类小船的减摇装置的选择方法作了评论。另外，还提供 带有和不肯减摇装置的船模水池试验结果和实船航行试验结果。     

基于MLP方法的船舶大幅横摇近似解析解

具有一定精度的近似解析解可以将船舶横摇运动特征直接与船体参数相联系,便于分析船体参数对横摇运动及稳定性的影响.文中考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性建立了船舶在规则波中的横摇运动方程;为了克服弱非线性的局限性,采用改进的Lindstedt-Poincare(MLP)方法对横摇运动方程进行摄动求解,经细致推导得到精确至二阶的解析解(静水中)和精确至一阶的解析解(波浪中).最后对一目标船分别采用MLP和数值算法进行求解,验证了近似解析解的正确性.     

双船联合举升多体协同作业系统横摇稳性评估

基于ADAMS平台,构建特定场景双船联合举升多体协同作业系统虚拟样机,对新型一体化拆解作业双船联合举升过程中待拆除组块横摇稳性进行预测与评估。构建了该系统拓扑模型,使用几何参数描述系统中上部组块横摇运动特征;通过虚拟样机仿真探究了双船不同耦合运动情况时上部组块最危险失稳状态,并分析了上部组块重心至连接点连线垂直距离与水平距离比值对横摇角度的影响规律。结果表明:物理模型试验数据驱动的虚拟样机技术可以有效评估该系统运动特征,与几何拓扑模型得到的上部组块横摇失稳角度理论公式计算结果吻合;双船同相位横摇与反相位垂荡耦合运动时对上部组块横摇稳性影响最大;待拆除上部组块横摇失稳时的极限纵横比可以作为复杂多体系统横摇稳性评估参数,为实际工程方案选择提供参考。