船舶操纵性

摘要： [目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法。[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法建立DTMB 5415船模的操纵数学模型,并利用龙格-库塔算法进行求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析水动力导数对这2种操纵运动的敏感度。[结果]结果显示,采用所提方法得到的操纵轨迹和衡准参数仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形操纵运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有所改善;水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。[结论]研究表明采用所提方法进行船舶操纵性预报方法可行,可在满足工程应用精度的同时大大减少计算成本,尤其适用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。

摘要： [目的]为了更加真实地预报船舶操纵性能,有必要进行实船操纵运动直接模拟。[方法]首先,基于重叠网格技术进行实船拖航、配套螺旋桨敞水和实船自航计算,并将计算结果与试验结果进行对比;然后,在此基础上开展实尺度船舶的10/10标准Z形操纵运动模拟,分析船舶操纵运动过程中的船舶运动、水动力、流场及涡结构变化。[结果]自航结果表明,所提数值方法可靠;受螺旋桨尺度效应的影响,扭矩系数会有所减小;在操舵过程中,船舶运动姿态较为剧烈;受到船-舵系统干扰,桨后涡结构较为复杂,且随着漂角的变化会产生一定角度的偏移。[结论]采用所提数值方法进行实船操纵运动模拟,可以准确获得船舶运动、水动力特性及流场信息,能作为一种有效的前期评估手段,从而为船舶设计提供参考。

摘要： 通过对液压式可调螺距螺旋桨调距速率特性、实际需求的调距时间等方面进行分析,发现目前国内相关规范或标准中规定的调距时间已不适用于大尺寸可调螺距螺旋桨,提出相对合理的调距时间给定原则建议,并给出2个实例说明合理放宽要求的时间指标给液压系统设计带来的好处,供船舶推进系统及可调螺距螺旋桨使用者或设计者参考.

摘要： 本文基于一艘典型的单体试验艇(长宽比约为11∶1),在单体试验艇艇型参数基础上考虑其综合性能(快速性、操纵性)进行双体无人艇的艇型综合优化设计分析.讨论不同子目标函数的分配权重时,优化结果随着不同遗传代数的变化,根据优化计算得到了设计排水量100t的包括低、中和高速双体无人艇的9组最优化结果.根据优化结果得到遗传算法的收敛代数,分析子目标函数关于吃水敏感度,并探讨影响操纵性性能的艇型瘦长度和艇型中纵剖面投影的关系.运用单体艇进行双体无人艇的优化设计办法可为相似的无人艇性能优化设计提供参考,得到的9组优化结果可用于今后加入更多性能指标进行优化提供对比分析.

摘要： 为保障船舶航行安全和钻井平台自身安全,基于平台池火理论和船舶操纵性理论,从平台自身安全性及船舶航行极端工况(紧迫局面和失控局面)安全性两个角度,构建船舶与固定式钻井平台间安全距离综合计算模型.以涠洲WZ6-12固定式钻井平台为例,运用MATLAB计算代表船型与固定式钻井平台间的安全距离,并通过大型船舶操纵仿真模拟器进行仿真试验,验证模型的适用性和准确性.结果表明,模型的计算值与仿真试验值的误差在4％以内.

摘要： 对比几种常用的适于在船舶设计初期应用的舵面积估算方法.结果表明,这些方法的估算结果与实际舵面积的偏差普遍较大,且偏差随船型的不同波动较大.由此,提出一种基于母型船偏差一致的舵面积估算方法.经计算验证,该方法能准确地预估舵面积大小,可靠地保证船舶具有良好的操纵性.

摘要： 本文基于一艘典型的单体试验艇(长宽比约为11∶1),在单体试验艇艇型参数基础上考虑其综合性能(快速性、操纵性)进行双体无人艇的艇型综合优化设计分析.讨论不同子目标函数的分配权重时,优化结果随着不同遗传代数的变化,根据优化计算得到了设计排水量100t的包括低、中和高速双体无人艇的9组最优化结果.根据优化结果得到遗传算法的收敛代数,分析子目标函数关于吃水敏感度,并探讨影响操纵性性能的艇型瘦长度和艇型中纵剖面投影的关系.运用单体艇进行双体无人艇的优化设计办法可为相似的无人艇性能优化设计提供参考,得到的9组优化结果可用于今后加入更多性能指标进行优化提供对比分析.

摘要： 针对现有船舶操纵性优化算法收敛性不高的问题,将基于分解的多目标进化算法应用到船舶设计中,本文提出一种船舶操纵性设计的约束多目标进化算法.建立了以直线稳定性和相对回转直径为目标的优化模型,采用基于分解的多目标进化算法框架,结合优秀不可行解改进了差分算子;其次,充分利用优秀不可行解,设计了新的个体选择准则.将本文算法与另外3种船舶操纵性优化算法进行对比,该算法可以提供更多的设计方案,且设计方案收敛性更好.

摘要： 针对船舶操纵性评价过程中存在的评价指标权重确定主观性强和分配不统一等问题,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的船舶操纵性综合评价方法.该方法以国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)船舶操纵性指标为基准,根据操纵性指标的主成分贡献率确定指标权重,客观地算出船舶操纵性综合评价值.通过对8艘船的操纵性试验数据进行分析计算,得到每艘船的船舶操纵性综合评价值.结果表明,该方法不仅在理论上科学、客观,而且在实际应用中简单、可靠,有助于提高船舶操纵性综合评价的客观性.

摘要： 针对局部加权学习算法预测船舶运动状态耗时过多和训练距离测度时间长的问题,结合OpenMP并行算法开发的特点和LWL算法数据分布的特性,对LWL算法的加权函数、距离函数、最小二乘求解进行了OpenMP并行化设计。以Mariner轮整体型数学模型为研究对象进行仿真研究,仿真结果表明,并行算法与串行精度一致,并行的加速效果与处理算法紧密相关,即便在并发线程不超过计算机核心数的情况下,也并非并发线程越多越好。当选取线程数量为2、4、8时并行算法与全局最优LWL算法相比训练时间缩短了33.0%,OpenMP并行算法具有较好的并行效率。

摘要： 为实现在设计阶段就能够对船舶操纵性能进行评估,提出了基于RBF神经网络的船舶操纵性预报建模方法,该方法选取了影响船舶操纵性能的主要参数,以十几条油船的操纵性自航模试验结果为子样,建立了操纵性能预报的非线性回归模型,然后利用回归模型对某油船的回转试验进行预报,最后把预报结果和试验进行了对比分析,结果表明所建立的回归模型具有较高的预报精度,为船舶设计阶段进行操纵性能预报提供了可靠的技术手段.

摘要： 随着计算机性能的高速发展以及数值方法的不断完善,计算流体动力学(CFD)在船舶与海洋工程领域应用越来越广泛.上海交通大学万德成教授课题组在开源CFD平台OpenFOAM基础上,自主开发了三维数值造波和消波模块、船舶六自由度运动和带桨带舵的多级物体运动求解模块,以及浮式结构物的系泊系统求解模块等,同时引入动态重叠网格技术,形成了专门面向船舶与海洋工程的水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU.本文采用重叠网格方法实现船、桨、舵系统复杂运动求解,并通过控制螺旋桨旋转和舵角,直接数值求解带桨带舵船舶在复杂操纵运动中的水动力变化.通过全粘性流场的整体求解,给出了自航船舶在典型操纵运动过程中的细致流场信息,分析了流场对船舶操纵运动以及船桨舵间相互干扰的影响.文中通过对全附体标准船模ONRT在静水和波浪中的操纵性进行数值预报,并同相关的试验数据进行对比验证,充分证明了naoe-FOAM-SJTU求解器在不同海况下船桨舵配合的船舶操纵性问题数值预报中的适用性和可靠性.同时,采用当前的数值手段,可以为船舶整体设计提供有效的前期评估手段.

摘要： 为阐明该计算船舶操纵性指数的方法,首先对船舶操纵运动方程进行简单介绍,然后根据该方程推导出船舶操纵运动参数的函数式并对这些函数式进行数学分析,最后基于船舶操纵运动参数的变化规律结合实践经验提出该求船舶操纵性指数的方法,并阐明该方法的可靠性及优点.

摘要： 操纵性相关性分析一直以来是受到国内外学者的关注,但是由于其复杂性,至今未能很好地解决.目前,模型试验的数据往往是直接预报到实船的操纵性能,这有可能导致很大的偏差,影响船舶的航行安全.本文针对育鲲轮,进行了实船试验与模型试验的相关性分析.首先进行了实船回转试验和z形试验,测试了该船的操纵性.通过试验数据分析获得了纵距、横距、战术直径、回转直径、超越角等操纵性特征参数,试验过程中也进行了船舶姿态,如纵、横摇以及主机功率的测试.通过实船回转试验发现,主机功率比直航时增大了大约15％,这给船舶设计提供了参考.然后,采用6m长左右的模型也进行了相同试验的测试,电机转速与实船主机转速相似,且一直保持不变.最后,分析比较了模型所测数据与实船数据,发现特征参数误差基本都在10％以内.说明模型长度、螺旋桨的模拟等模型试验方案基本可行.

摘要： 为实现船舶操纵性的在线预报及自适应运动控制,针对Nomoto二阶非线性运动模型参数辨识问题,将最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)与多新息方法相结合,提出一种新的多新息在线LSSVM辨识建模方法.实验结果表明,使用所提出的算法辨识的模型进行预报的拟合误差可达到4.76%以下,能准确拟合船舶操纵运动模型.

摘要： 在波浪中的船舶操纵性研究过程中，自航模试验方法能直观测量船舶的各种运动，包括参数横摇、骑浪、横甩、倾覆等强非线性现象等，为模拟计算方法提供了验证方法。船舶自航模试验系统主要包括：电力系统、航控系统、运动执行机构、数据测量采集系统、通讯系统等。无线通信在自航模系统设计中具有重要作用，它是上位机和下位机之间传递信息的纽带。自航模通讯对于实现自航模功能非常关键，目前主流水面自航模系统采用基于无线LAN的数据通信技术。通过一个无线LAN的基站，在船模、岸上计算机、轨迹跟踪系统三者间搭起一个方便高速的信息交换网络。水下自航模的通信系统不适合采用基于无线LAN的数据通信技术，因为该波段的中高频电磁波很容易被水吸收，目前水下自航模一般采用长波通信或者水声通信的方式。在操纵性研究中，对自航模运动轨迹的测量必不可少，包括水面及水下模型。目前可采用的方法有DGPS、基于图象处理的轨迹跟踪系统、水声式轨迹测量系统等。

摘要： 船舶操纵性是船舶重要的航行性能之一,船模试验是研究船舶操纵性的重要手段.KCS为ITTC推荐的标准船型之一,在中国船舶科学研究中心旋臂水池完成了半约束模操纵性试验,为船舶操纵性数值计算结果的验证和计算方法的确认提供了基准试验数据.

摘要： 针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出采用纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的数学模型进行纯稳性丧失直接评估.该方法中纵荡方程采用耐波性数学方程并考虑了横荡和首摇运动在纵荡运动方向的影响;横荡方程采用MMG操纵性运动方程并考虑时域波浪力;首摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩;横摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩和波浪中复原力臂变化.在横荡、首摇、横摇方程中不仅仅考虑了静水中操纵力/力矩,还考虑了波浪粒子速度和船体前进速度耦合导致的水动力升力/力矩.本文构建的数学模型为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.

摘要： 针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出采用纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的数学模型进行纯稳性丧失直接评估.该方法中纵荡方程采用耐波性数学方程并考虑了横荡和首摇运动在纵荡运动方向的影响;横荡方程采用MMG操纵性运动方程并考虑时域波浪力;首摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩;横摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩和波浪中复原力臂变化.在横荡、首摇、横摇方程中不仅仅考虑了静水中操纵力/力矩,还考虑了波浪粒子速度和船体前进速度耦合导致的水动力升力/力矩.本文构建的数学模型为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.

摘要： 针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出采用纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的数学模型进行纯稳性丧失直接评估.该方法中纵荡方程采用耐波性数学方程并考虑了横荡和首摇运动在纵荡运动方向的影响;横荡方程采用MMG操纵性运动方程并考虑时域波浪力;首摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩;横摇方程采用MMG操纵性运动方程并考虑了时域波浪力矩和波浪中复原力臂变化.在横荡、首摇、横摇方程中不仅仅考虑了静水中操纵力/力矩,还考虑了波浪粒子速度和船体前进速度耦合导致的水动力升力/力矩.本文构建的数学模型为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.

摘要： 本发明提供一种考虑操纵性差异的船舶编队路径主动协调系统及方法，船舶编队包括一艘领航船和若干艘跟随船，集中控制单元根据航道信息和每艘船舶航行中的状态，结合各船舶的操纵性差异，计算船舶编队下一时刻的更优的路径选择；领航船采用视线法进行路径规划；跟随船采用模型预测控制方法进行路径跟随控制；预设正常航行条件，根据航道信息识别当航道条件超出正常航行条件时，判断出操纵性安全指标最大的跟随船作为代表船舶，结合领航船和代表船舶的操纵性安全指标计算，对领航船的路径和/或船队队形进行调整。本发明当遇到特殊通行条件时进行集中控制协调，同时综合考虑船舶编队中每艘船舶的操纵性特点，更好的保持船舶编队系统的队形。

摘要： 本发明涉及到一种回转操纵性能极佳的船舶装置，它由舵叶组件、套筒组件和传动机构组成，所述舵叶组件由主舵叶和襟翼组成，所述襟翼铰接在主舵叶上，并设置在主舵叶后部，所述襟翼通过传动机构控制，所述传动机构由传动导杆、导杆衬套和销轴组成，所述襟翼与套筒组件连接，所述主舵叶和襟翼上端设有上舵承，其上舵承上设有上舵承支撑板和下舵承支撑件，上舵承支撑板前端设有扇形挡板；采用上述结构后，在主舵叶后部附有一个随动机构控制的副舵叶的舵，副舵即为襟翼，回转操纵性能极佳的船舶装置适用于航行在多弯航道中的船舶，以提高船舶的操纵性。

摘要： 本发明提供一种船舶操纵性水动力测试装置及方法，涉及船舶性能测试领域，包括船模、数据采集模块及数据处理模块，所述数据采集模块安装于所述船模上，所述数据处理模块连接所述数据采集模块；所述数据采集模块包括两船体力传感器、一三分力舵力传感器和一桨动力仪，分别用于采集船体的水动力数据、舵的水动力数据和桨的水动力数据；所述数据处理模块接收所述数据采集模块采集的所述水动力数据，并对所述水动力数据进行数据回归分析获取水动力导数；本发明提高了船舶操纵性水动力测试的试验精度，节约了试验时间及试验成本，且结构简洁、可操作性强，有非常好的应用前景。

摘要： 本发明提供一种基于操纵性建模的船舶智能避碰系统，包括状态感知子系统，获取船舶自身的状态参数和障碍物的位置信息；操纵性建模模块将获得船舶自身的状态参数进行处理，构造成样本对，进行船舶操纵性在线建模，实时预测在所有可行的操纵下船舶下一时刻可能到达的位置；智能避碰模块结合障碍物的位置信息、二值化可航行区域信息和海上避碰规则进行动态路径规划，在路径规划中将操纵性建模模块所预测的船舶下一时刻可能到达的位置作为约束，输出合理的规划路径点序列，解耦成航向跟踪序列和航速跟踪序列；分别跟踪所规划的实时航向和航速。本发明从船舶自身操纵性在线预测的基础上实现船舶的智能避碰决策，实现船舶的安全自主航行。

摘要： 本发明公开了一种基于无人机的船舶操纵性能检测方法、系统和存储介质，系统包括：信标定位装置，所述信标定位装置设置于测试区域的第一预设位置；无人机，所述无人机上安装有第一位置追踪器；船舶模型，所述船舶模型上设有第二位置追踪器；控制器，所述控制器用于执行以下步骤：根据所述第一预设位置对所述无人机进行位置标定，得到第一位置信息；控制所述船舶模型在所述测试区域内航行；获取所述船舶模型与所述第一位置信息的矢量信息；根据所述矢量信息计算所述船舶模型的运动参数；根据所述运动参数分析所述船舶模型的操纵性能。本发明能有效降低船舶操纵性能测试成本和数据处理量。本发明可广泛应用于船舶操纵性能测试技术领域。

摘要： 本发明提供一种基于综合集成赋权法的船舶操纵性评价方法，包括：S1、获取目标船舶的操纵性评价参数。S2、依据预先设定的操纵性评价参数标准和操纵性评价参数，获取用于评价操纵性的指标。S3、依据用于评价操纵性的指标和预先获取的每一个指标的综合权重，获得目标船舶操纵性综合评价值。每一个指标的综合权重的获取，包括：基于G1赋权法获取每一个指标的主观权重；基于逼近理想点法获取每一个指标的客观权重；基于离差平方和，依据每一个指标的主观权重和每一个指标的客观权重，确定每一个指标的综合权重。能够综合多项评价指标，为船舶的操纵性评价提供了一种可靠的手段。

摘要： 本发明提供一种基于操纵性建模的船舶智能避碰系统，包括状态感知子系统，获取船舶自身的状态参数和障碍物的位置信息；操纵性建模模块将获得船舶自身的状态参数进行处理，构造成样本对，进行船舶操纵性在线建模，实时预测在所有可行的操纵下船舶下一时刻可能到达的位置；智能避碰模块结合障碍物的位置信息、二值化可航行区域信息和海上避碰规则进行动态路径规划，在路径规划中将操纵性建模模块所预测的船舶下一时刻可能到达的位置作为约束，输出合理的规划路径点序列，解耦成航向跟踪序列和航速跟踪序列；分别跟踪所规划的实时航向和航速。本发明从船舶自身操纵性在线预测的基础上实现船舶的智能避碰决策，实现船舶的安全自主航行。

摘要： 本发明提供一种船舶操纵性水动力测试装置及方法，涉及船舶性能测试领域，包括船模、数据采集模块及数据处理模块，所述数据采集模块安装于所述船模上，所述数据处理模块连接所述数据采集模块；所述数据采集模块包括两船体力传感器、一三分力舵力传感器和一桨动力仪，分别用于采集船体的水动力数据、舵的水动力数据和桨的水动力数据；所述数据处理模块接收所述数据采集模块采集的所述水动力数据，并对所述水动力数据进行数据回归分析获取水动力导数；本发明提高了船舶操纵性水动力测试的试验精度，节约了试验时间及试验成本，且结构简洁、可操作性强，有非常好的应用前景。

摘要： 本发明揭示了一种提高船舶操纵性的呆木设计方法，所述方法包括：在船舶尾部的螺旋桨的斜下方并沿船舱的长度方向增设呆木，呆木为平板结构；其中，有部分呆木设在船舱的基线以下，呆木的最大厚度小于100mm。本发明的主要有益效果是：突破以往传统呆木形式，垂向范围延伸到基线以下，纵向范围可根据需要向首部延伸，呆木面积远大于传统设计，对船舶操纵性的改善更加明显；另外本设计呆木采用平板结构形式，结构简单，厚度小，对尾部流场影响小，对螺旋桨和船舶快速的影响几乎可以忽略；平板厚度通过CFD软件和有限元软件进行计算，并等到船级社的认可并得到船级社的认可；施工方便，本发明既可用于新造船，也可以用于旧船改装。

摘要： 本发明公开了一种基于无人机的船舶操纵性能检测方法、系统和存储介质，系统包括：信标定位装置，所述信标定位装置设置于测试区域的第一预设位置；无人机，所述无人机上安装有第一位置追踪器；船舶模型，所述船舶模型上设有第二位置追踪器；控制器，所述控制器用于执行以下步骤：根据所述第一预设位置对所述无人机进行位置标定，得到第一位置信息；控制所述船舶模型在所述测试区域内航行；获取所述船舶模型与所述第一位置信息的矢量信息；根据所述矢量信息计算所述船舶模型的运动参数；根据所述运动参数分析所述船舶模型的操纵性能。本发明能有效降低船舶操纵性能测试成本和数据处理量。本发明可广泛应用于船舶操纵性能测试技术领域。