方颖[1]2002年在《船舶横向摇荡预报》文中研究说明在船舶运动的六个自由度中，不考虑进退运动，可以认为纵摇和升沉是耦合的，横摇、横荡和摇艏是耦合的，由于横向运动较纵向运动显着，是决定船舶倾覆的主要因素，对整个耐波性的研究尤为重要，本文对其进行了研究和预报。其中附加质量、阻尼系数和扰动力及力矩利用赛尔维逊由剖面速度势导出的横向耦合运动方程组中的各个系数。利用刘易斯剖面法和有限元法计算船舶的水动力系数，将其与已有的实验结果和理论结果进行比较，得到了满意的结果。在计算响应函数时采用了简单的刘易斯剖面法，并进一步计算了船舶摇荡的统计特性。
徐琳琳[2]2007年在《船舶运动仿真及建模预报研究》文中指出本文针对船舶纵横向运动，对船舶运动仿真及预报进行研究。首先，应用切片理论建立了在随机海浪作用下的船舶纵横向运动水动力数学模型，分析了运动模型的系统稳定性，并且构造了系统稳定的大船运动方程。然后，应用谱拟合方法，建立了海浪扰动成形滤波器，对海浪扰动力及扰动力矩进行了建模。将海浪扰动成形滤波器作为船舶纵横向运动系统的一部分，建立了船舶增广纵横向运动方程。求解方程产生了船舶纵横向运动历程。接着，简化得到基于二阶模型在规则波作用下的船舶运动模型，对规则波下的海浪扰动力和扰动力矩进行仿真，应用到简化的船舶运动模型中，对船舶纵横向运动进行仿真，并将该结果和水动力仿真结果进行比较。最后，将最小二乘格形算法运用到船舶运动预报中，应用基于LSL的船舶运动预报算法，对某船纵横向运动进行预报，得出预报曲线，并对预报结果分析。
王允峰[3]2010年在《船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究》文中指出水面舰船在复杂海况下航行时会产生各种摇荡运动,其中纵横摇和升沉运动对船的危害和影响最大。激烈的纵横摇和升沉会严重影响船员的舒适感和安全,使航速下降、主机功率变低、船的稳定性破坏,甚至可能导致翻船,产生严重的后果。因此,对船舶摇荡姿态有效准确的预报已成为一个重要的课题,它对于提高船舶的耐波性和适航性,对船体摇荡提前进行补偿控制具有极为重要的意义。基于上述情况本文开展了船舶纵横摇和升沉运动预报研究。首先,基于切片理论建立了大型水面船的六自由度运动微分方程,为船舶摇荡运动仿真研究提供了精确的数学模型。由于随机海浪是产生船舶摇荡的主要原因,建立理想的随机海浪模型,是进行船舶摇荡运动研究的基础条件。因而根据长峰波随机海浪理论对海浪扰动力和扰动力矩进行仿真计算。本文主要采用两种方法对船舶纵横摇和升沉运动进行预报。一是基于卡尔曼滤波法的预报,包括系统建模、成形滤波器设计、系统扩展等仿真研究。二是应用时间序列法预报,通过对船舶运动姿态统计分析,利用AR(Auto Regressive Model)时间序列模型进行预报。采用递推最小二乘方法进行AR模型参数估计,并应用经典AIC准则对模型定阶。利用上述两种方法,针对某大型水面船进行了船舶纵横摇及升沉运动极短期预报仿真研究并得出仿真结果。通过结果分析,验证了上述方法准确、有效。通过理论分析和大量仿真结果证明,对于船舶纵横摇和升沉运动预报,卡尔曼估计法和时间序列分析法都能取得较为满意的效果。时间序列分析法计算简单快捷,只需要运动位移或姿态角变化的历史数据作为模型输入。而卡尔曼估计法针对具体系统分析,其预报效果更好,虽然使用条件较多,但预报精度很高,有着广阔的应用前景。本论文的研究成果和结论对于船舶纵横摇和升沉运动极短期实时预报具有一定的参考价值。
石博文[4]2016年在《基于现实海浪谱和CFD的船舶耐波性预报》文中研究说明准确预报船舶在波浪中的各种动态响应,是现今国内外航海界、船舶水动力学界关注的热点和前沿课题。当前雷达测波系统是唯一船载能够实时获取船舶所在海域波浪信息,并已获得德国船级社和挪威船级社认证的设备。另一方面,和实船测试、船模水池试验、势流理论计算相比,具有独特优势的船舶计算流体力学(Ship Computational Fluid Dynamics,简称SCFD)方法在船舶耐波性领域取得了丰富成果。本文充分汲取了上述两方面的研究成果,提出了基于雷达测波的现实海浪谱和SCFD的船舶耐波性预报新模式。SCFD是CFD的一个分支,运用范畴较窄,因此本文的题目仍用“CFD”表述,以避免误解。据此,本文以装备测波雷达的海洋22号船为对象,获取了大量实测海浪数据,同时采集了该船的摇荡时历,率先采用子波时间序列——回声状态网络方法,实现了基于雷达测波信息的10小时较精确的现实海浪频谱预报。采用移动网格和滑移网格相结合的优化的SCFD模式,进行了目标船在基于Jonswap谱等普适谱和基于现实谱的船舶摇荡对比试验。结果表明：现实谱明显优于普适谱；优化的SCFD模式有较高的可信度；两者相结合的船舶耐波性预报和实测值吻合良好。本文以优化的SCFD模式,实现了船舶在中高海况下以不同航向航速航行时纵摇、垂荡和横摇叁自由度耦合运动的数值模拟,给出了纵摇、垂荡和横摇运动响应谱。研究了中高海况下船舶的上浪、砰击和增阻问题,给出了这些强非线性动力效应与航向航速的关系。实现了砰击、上浪监测点处的连续监测,为砰击、上浪发生的次数和强度研究提供了定量分析的依据。船舶随浪运动的纯稳性丧失一直是船舶耐波性研究中的难点问题,也是国际海事组织(IMO)关注的课题。本文基于SCFD方法,对随浪纯稳性损失最严重的情况——‘‘骑浪”(波长等于船长,波峰位于船舯)时的稳性进行研究,对船模在静水及2种不同规则波波高中骑浪的流场进行了数值模拟,得到了船舶稳性曲线。结果表明：船舶骑浪航行时,波倾角越大,纯稳性损失越严重；骑浪航行时航速较高,船行波的影响不可忽略。研究成果为船舶随浪航行时的纯稳性损失的精确计算提供了新的途径。
施平安[5]2013年在《舰船并靠波浪补偿研究》文中研究表明舰船在海上实施并靠补给等作业时，由于受到风浪的影响及两船间的水动力干扰，会产生比单船时更剧烈的摇荡运动，过大的横摇运动甚至会导致两船的上层建筑发生触碰。为了避免上述碰撞危险，提高海上并靠的可作业海况，论文提出了基于磁流变技术的舰船并靠变阻尼波浪补偿方法，对舰船并靠的横摇和横荡运动姿态进行约束。论文采用理论研究、计算机软件仿真和船模水池试验相结合的研究方法，对舰船并靠变阻尼波浪补偿进行了较为系统的研究。论文解决的关键问题包括：波浪中舰船并靠相对运动特性研究、相对运动极短时间预报、变阻尼波浪补偿及控制、模型试验信号采集与处理、加速度信号处理，以及舰船并靠相对运动和变阻尼波浪补偿模型试验。论文在研究过程中主要开展了以下几方面的工作：（1）基于叁维势流理论，对规则波和不规则波中舰船并靠相对运动特性进行研究，并提出一种基于AQWA和谱分析法的不规则波中舰船并靠相对运动特性研究方法。（2）对舰船并靠相对运动预报进行研究。对较低海况下的相对运动采用AR模型进行极短时间预报；对较高海况下的相对运动采用混沌Elman神经网络进行极短时间预报。混沌Elman神经网络适应波浪中舰船并靠相对运动的非线性、非平稳性和混沌特性，它以混沌系统相空间重构得到的最佳嵌入维数作为网络的输入节点数，并在网络权值调整的反向传播算法中加入混沌噪音以实现混沌反传，能够充分获取当时环境和情况下舰船并靠相对运动特性；仿真研究表明，该方法能够有效预报并靠两船的相对运动。（3）对基于磁流变技术的舰船并靠变阻尼波浪补偿及控制进行研究，这是波浪补偿研究的一个新思路。针对波浪中舰船并靠相对运动特性，设计制造了基于磁流变技术的变阻尼波浪补偿器，并在分析其性能的基础上建立了力学模型；充分利用其输出阻尼力可控的特性，建立舰船并靠变阻尼波浪补偿时域运动状态空间方程，设计并实现基于最优控制理论的clipped optimal control控制策略对舰船并靠的横摇运动姿态施加约束；以两艘在波浪中并靠的船舶模型为例，对舰船并靠波浪补偿的有效性进行数值仿真和船模试验验证，结果表明：采用变阻尼波浪补偿能够有效地减小并靠两船的横摇运动响应。（4）对模型试验信号采集与处理方法进行研究，特别是有关加速度信号处理的研究。加速度信号处理是船舶并靠模型试验研究的关键，为了提高加速度信号积分成位移后的相位和幅值的精度，提出了基于EMD（经验模态分解）自适应滤波和频域积分的加速度信号处理方法。该方法先对加速度信号进行EMD分解得到n个本征模态函数IMF，然后基于相关规则确定属于高频的IMF个数（h），并对这h个高频IMF进行自适应滤波去噪，最后通过FFT变换在频域进行积分得到位移信号。仿真研究表明这种加速度信号处理方法比纯粹的频域积分法效果好，舰船并靠相对运动模型试验数据处理结果也证明了这种方法的有效性。（5）确定了模型试验的相似准则，建立舰船并靠波浪补偿模型试验，对舰船并靠相对运动和变阻尼波浪补偿分别进行模型试验，进一步验证了舰船并靠变阻尼波浪补偿能够有效地减小并靠两船的横摇运动响应。
徐静[6]2014年在《船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究》文中提出船舶操纵性是船舶重要的航行性能之一，研究船舶在波浪中的操纵运动，摇荡运动的影响不可忽略。本文就是基于这一研究背景对船舶六自由度操纵运动开展了一系列的试验和数值模拟研究。试验研究方面，本文采用新型自航模试验系统对S175集装箱船实施了规则波横摇试验、静水和规则波中的回转、Z形试验，并分别从波频、波高、初始浪向角、舵转速和舵向等方面对比分析了回转试验和Z形试验的参数变化规律。数值模拟方面，本文基于经典MMG分离式模型，考虑叁自由度船舶平面运动与横摇、纵摇、垂荡运动的耦合，建立了波浪中船舶六自由度操纵耐波全运动模态的数学模型。船体力、桨力及舵力采用经验公式估算。波浪力建模中，采用叁维面元法计算零航速不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力，并利用卡明斯脉冲响应，在计入时间效应的前提下，将频域的阻尼系数和绕射波浪力分别转化为时域内的辐射和绕射力。在完善力模块，操纵运动模块和摇荡运动模块的计算后，在Fortran软件环境下编写程序采用四阶龙格库塔法求解运动微分方程，完成六自由度的操纵运动建模。本文应用该模型对S175集装箱船的操纵运动进行了数值模拟，并与耐波性试验、自航模试验结果进行了对比，初步验证了该模型程序各模块和总体的有效性。本文还提出以叁自由度运动模型和六自由度运动模型的差别来研究摇荡运动对操纵运动的影响；以考虑船舶漂移和忽略漂移模型的差别来研究操纵运动对摇荡运动的影响的思路，对比分析了操纵-摇荡运动耦合作用问题，认为六自由度运动模型对回转运动作用更明显，而对Z形运动则作用不大。基于此，本文从波浪条件、舵参数、水动力导数敏感度等方面对规则波回转运动轨迹和摇荡运动展开分析，对实际船舶操舵方案提出建议，并给出了船舶回转运动的极限波浪参数曲线。
陈伟[7]2008年在《基于实测海洋环境数据库的集装箱船耐波性预报研究》文中提出如何评价一艘船舶、特别是一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性已经成为船舶研究及设计人员需要去研究和解决的一个重要课题。过去,船舶的设计主要侧重船舶在静水中性能的研究,主要考察静水中快速性指标。但是经过大量的事实表明,静水中具有优良快速性的船舶,在风浪中的航行性能未必优良。我们知道,船舶最终是要航行在大海中的,因此,考察船舶的耐波性能应该结合其航行的实际海洋环境,主要考察它在实际的海洋环境中的性能。长期以来,船舶在风浪中航行时主要依靠一些气象航路服务指南和船长们的经验,形成一套所谓的“经验航法”,然而由于没有理论的指导,有时会出现一些致命的失误导致一些灾难性的后果。从这一方面说也急需我们深入考察船舶在实际的海洋环境中的性能。但是由于在实际航行中,影响船舶耐波性的因素很多,不是单因素的影响,而是所有因素共同作用的结果,因此必须在综合考虑各种耐波性因素影响的基础上,寻找科学的耐波性综合评价方法,才能对船舶的设计与航行做出正确的指导。本文在利用已有的耐波性理论预报研究成果的基础上,开展了船舶在实海域中长期性能预报和船舶耐波性指标及其应用的研究工作。首先,从船舶在波浪上的运动机理出发,在线性化假设下,把船舶的运动看作普通的刚体运动,在切片理论的基础上,按照牛顿第二定律建立了船舶在规则波中的运动响应方程组,求出了船舶在规则波中的六个自由度的运动幅值响应函数;然后利用平稳随机过程的线性系统理论和ITTC关于海浪谱的描述建议,求解出了船舶在随机海浪中的各种耐波性因素的运动响应谱密度函数;接着利用数理统计学的知识求得出了各个耐波性因素的有义值随船舶航向、航速变化曲线,从而找出船舶的航态与其运动性能的关系;然后,结合海洋环境数据库的海浪资料,按照相关理论,对船舶在其航行路线上进行了长期性能预报计算以及分析,得到了具有指导意义的结论;最后,介绍了全面反映船舶耐波性品质的综合评价指标(船舶作业时间百分数)的计算方法,并结合海洋环境数据库的海浪资料,对船舶在其航行路线上的作业时间百分数进行了计算和分析,同样得到了具有指导意义的结论。
孙宏放[8]2009年在《具有斜舵的船舶综合减摇控制及预报方法研究》文中研究说明船舶减摇及预报是船舶与海洋工程的重要研究课题之一,论文基于“十五”国防预研基金项目“船舶舵减摇控制研究”进行系统研究,从建模和控制的角度出发,采用斜舵为减摇装置,来探讨船舶运动控制,并对船舶运动姿态建模预报方法进行研究。首先,基于切片理论建立了斜舵船舶运动方程,为斜舵船舶减摇控制的研究提供了数学模型。其次,利用基于改进递推最小二乘法的算法对海浪扰动力和扰动力矩进行建模,并对海浪扰动力和扰动力矩的估计方法进行了分析。结合海浪扰动模型和斜舵船舶运动模型,给出了以白噪声作为系统干扰的拓展船舶运动模型,对扩展后的新系统,运用线性二次高斯(LQG)控制方法计算出扩展卡尔曼滤波增益阵和扩展随机最优控制增益阵；给出了斜舵的倾斜角度对减摇效果的影响的理论分析。仿真结果表明,基于斜舵利用经典的LQG控制方法实现船舶减纵／横摇控制是可行的。鉴于船舶模型中的水动力参数是在某一海情下试验获得的,故需要研究船舶水动力参数在标称值附近发生随机变化时,船舶运动姿态及受扰卡尔曼估计的鲁棒性。为此论文建立了斜舵船舶运动姿态及受扰卡尔曼估计的概率模型,并以此进行了受扰卡尔曼滤波的鲁棒性统计分析,给出了在操舵存在误差时,操舵对船舶横摇、纵摇运动的分析结果。系统水动力参数经常发生明显摄动,其水动力参数矩阵表现出奇异性。针对船舶参数的正则摄动、奇异摄动和海浪干扰的不确定性,提出了奇异系统鲁棒控制方法,该方法可以很大程度地放宽控制系统对模型的依赖性。利用奇异系统鲁棒控制方法,针对船舶减纵摇运动过程进行了仿真,证明了方法的有效性。最后,研究在随机海浪扰动下的船舶运动姿态建模预报,采用改进的平滑周期图方法,对船舶运动姿态进行建模预报,得出预报曲线,并对预报结果分析总结。比较平滑周期图算法与直接周期图算法的预报精度,分析两种方法的算法复杂度及两种算法的可实现性和实用性。
刘伟明[9]2010年在《波浪中船舶六自由度“操纵—摇荡”耦合运动数值仿真》文中认为本文对船舶在波浪中六自由度“操纵—摇荡”耦合运动进行了研究,基于船舶运动数学模型编写计算程序,对船舶在波浪中的运动进行数值仿真计算,并研究了波浪对船舶机动航行的影响。笔者在随船平动坐标系下建立了船舶六自由度运动数学模型。基于MMG船舶运动建模观点,将作用于船体的外力分成惯性力、粘性力、螺旋桨推力、舵力和波浪力等几部分单独考虑。其中,与摇荡运动相关的水动力采用切片法计算,波浪入射力采用叁维方法计算,同时估算了二阶波浪力。为了验证本文数学模型的正确性,分别对船舶在规则波、不规则波中的定速直航以及静水中的定常回转、Z型操舵运动进行了仿真计算。将仿真计算的结果和船模试验结果对比后,证实本文的数学模型对船舶在波浪中定速直航和静水中的机动航行的仿真计算结果都真实可信,可以用于船舶在波浪中“操纵—摇荡”耦合运动仿真计算。在进行了大量仿真计算的基础上,笔者发现了船舶在波浪中回转的叁种典型航行轨迹,并针对运动轨迹的特点提出了用瞬时回转圆心和瞬时回转半径两个量来分析船舶运动轨迹的漂移程度和稳定性。研究了波浪力中不同成份对船舶运动的影响,重点对船舶在不同波高、波长和浪向的规则波中的回转运动进行了计算分析,还对船舶在不规则波中的回转运动进行了仿真计算。根据分析的结果,提出了对指导船舶在波浪中机动航行具有参考意义的结论,具有一定的工程参考价值。同时发现本文数学模型的不足,为后续理论研究也提出了一些改进建议。
王道远[10]2016年在《基于Hydrostar的滑行艇耐波性优化研究》文中研究说明滑行艇因其优秀的运动特性,被广泛的应用于民用领域、体育竞技和军事领域。近些年来,滑行艇型线由圆舭形向深V形方向发展,由单体向多体方向发展。伴随着无人滑行艇的兴起,滑行艇应用领域不断扩大,滑行艇水动力性能的研究成了热门领域。然而良好的船体型线是决定滑行艇是否具有良好水动力性能的关键,对于设计人员来说,如何权衡耐波性,快速性等滑行艇水动力方面的关系,成了设计人员研究的难点。本文对性能优良的母型船进行改进,优化船型耐波性,并兼顾快速性。由于滑行艇的运动特性,很多商业CFD软件对滑行艇的性能模拟都存在着一定的偏差,船模试验依然是研究滑行艇性能方面的主要手段,本文根据船模型线,利用Maxsurf软件进行船体建模,同时利用该软件的Calculate hydrostatics功能计算滑行艇的排水量、水线间长等参数,并与母型船进行比较,以确保船体型线与母型船达到一致。用Maxsurf Resistance模块计算模型静水阻力,并与船模试验值进行比较,确认Maxsurf Resistance模块对静水阻力计算的可靠性。将Maxsurf软件建好的船体几何模型导入到Gambit中,利用Gambit软件对船体几何模型划分有限元,并把有限元模型导入到基于叁维频域理论的水动力计算软件Hydrostar中,利用Hydrostar对模型进行耐波性能计算,并与船模试验值进行比较,确认Hydrostar对耐波性能计算结果的可靠性。确认计算可靠性后,利用Maxsurf软件对母型船进行船型变换,建立船型库。用Hydrostar和Maxsurf软件分别对船型库中的船型进行耐波性能和静水阻力进行计算。最后基于耐波性单项指标垂荡、纵摇、船尾加速度等参数,利用层次分析法进行线性加权分析,对船体主尺度和船型参数等进行讨论,选出最优船型。对最优船型和母型船进行耐波性预报对比,确定可以在二级海况下安全航行。
参考文献：
[1]. 船舶横向摇荡预报[D]. 方颖. 大连理工大学. 2002
[2]. 船舶运动仿真及建模预报研究[D]. 徐琳琳. 哈尔滨工程大学. 2007
[3]. 船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究[D]. 王允峰. 哈尔滨工程大学. 2010
[4]. 基于现实海浪谱和CFD的船舶耐波性预报[D]. 石博文. 大连海事大学. 2016
[5]. 舰船并靠波浪补偿研究[D]. 施平安. 华南理工大学. 2013
[6]. 船舶在波浪中的六自由度操纵运动模型研究[D]. 徐静. 上海交通大学. 2014
[7]. 基于实测海洋环境数据库的集装箱船耐波性预报研究[D]. 陈伟. 上海交通大学. 2008
[8]. 具有斜舵的船舶综合减摇控制及预报方法研究[D]. 孙宏放. 哈尔滨工程大学. 2009
[9]. 波浪中船舶六自由度“操纵—摇荡”耦合运动数值仿真[D]. 刘伟明. 哈尔滨工程大学. 2010
[10]. 基于Hydrostar的滑行艇耐波性优化研究[D]. 王道远. 哈尔滨工程大学. 2016