船舶动力定位系统波浪扰动仿真_宋健
船舶动力定位海洋环境风力扰动仿真
船舶动力定位海洋环境风力扰动仿真李文华;宋健;杜佳璐;陈海泉【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2012(29)11【摘要】The effect of marine environment on the vessel dynamic positioning ( DP) systems is the foundation of performing control law design and the necessary step. In order to effectively calculate the forces and moments acted on the DP vessels by marine environment, the paper built the mathematical model of the wind environmental disturbances. By means of Harris wind gust spectrum and a new method to calculate wind force/torque coefficients, based on the Matlab/Simulink, a simulation platform for the wind disturbance was set up, which can be used in any wind speed and any wind angle. Furthermore, a simulation based on a supply ship is carried out with different rated values for both wind speed and wind angle, and the effect of wind disturbances forces and moments on the ship was researched. The results show that this simulation strategy is both correct and effective. This simulation platform can be used for simulation, testing and verification of the design of dynamic positioning systems controller, and has good versatility, real-time simulation and verisimilitude.%在海洋环境对船舶动力定位系统影响的研究中,动力定位系统控制器的优化设计,可保证船舶控制系统的稳定性和跟踪精度.为了有效地量化风力扰动对动力定位船舶的影响,建立风力扰动的数学模型,根据Harris风速变动功率谱和一种新型风压系数计算方法,基于Matlab软件平台建立关于风力扰动的仿真平台,可应用于模拟任意风速和风向条件下的海洋环境对动力定位船舶的风扰动力和力矩.以一艘供给船为例,设定不同的风速、风向角值,在所建立仿真平台上进行仿真计算,仿真结果证明风力扰动建模策略的有效性,仿真平台可用于船舶动力定位系统控制器设计的仿真验证,具有很好的通用性、实时性和逼真性.【总页数】5页(P154-157,285)【作者】李文华;宋健;杜佳璐;陈海泉【作者单位】大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学信息科学技术学院,辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.船舶动力定位系统虚拟仿真实验平台 [J], 袁伟;陈红卫;俞孟蕻2.基于渐消记忆自适应滤波的船舶动力定位算法仿真 [J], 张闪;邹早建3.船舶动力定位海洋环境的建模与仿真 [J], 施小成;王元慧4.船舶动力定位系统的数学建模和定位控制器仿真研究 [J], 霍桂利5.自抗扰控制在船舶动力定位中的仿真研究 [J], 叶永春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
动力定位船舶的故障模式与影响分析及其应用
93珠江水运2024年01月学术 · 动力定位船舶的故障模式与影响分析及其应用 ·动力定位船舶的故障模式与影响分析及其应用◎ 史赛峰 刘早红 罗良宝 江敏 程世龙 谢峥杰 浙江友联修造船有限公司摘 要：文章介绍和分析了一种多用途海洋工程供应船动力定位系统，在海上试航阶段所进行的FMEA故障模式与影响分析及其验证性试验。
通过对主动性的部件和系统的冗余检查，不间断电源模拟失电和放电试验，对控制软件的响应演示和验证并通过必要的测试修正硬件故障等，按照FMEA分析程序来逐步模拟验证所设计建造的DP2级动力定位系统满足规范和使用要求。
关键词：DP系统；故障模拟；FMEA试验文章是基于通过对某DP2级多用途海洋工程供应船的FMEA （故障模式与影响分析）验证性试验整个过程的参与，完整地记录模拟试验的主要程序步骤和关键点，并验证了该DP2动力定位系统设计和建造的合理性。
DP2指安装有动力定位系统的船舶，在出现单个故障（不包括一个舱室或几个舱室的损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作用范围内自动保持船的位置和艏向[1]。
1.项目介绍所测试项目为89M DP2级多用途海洋工程供应船（MPSV），船长89米，型宽21米，型深7.5米，吃水5.9米，载重吨5131吨，航速11节，挂新加坡船旗，入ABS船级社，其主要用途为海洋工程供应运输和维护作业并可用于配合支持潜水作业。
该船配备4台1881kW发电机为全船提供电力，并可通过主配电板将电力传输到艉部2台1850kW全回转推进器和艏部3台1200kW可调螺距侧向推进器，同时还配有1台940kW辅助发电机为120T克令吊和潜水设备提供电力。
动力定位及控制采用Kongsberg双冗余动力定位（DP）系统K-POS DP-21并配备有2套差分全球定位系统（DGNSS ）；3套电罗经（Gyro Compass）；3套风速风向传感器（Wind Sensor）；4套动态参考单元（M RU）；1套激光定位系统（C y S c a n ）；1套雷达定位系统（R A D iu s）；1套声呐定位系统（HiPA P）及1套张紧索系统（Tautwire）。
船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究
船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究李文华;杜佳璐;张银东;宋健;孙玉清;陈海泉【摘要】船舶动力定位是深海开发的关键技术之一,随着海上油气生产向深海的发展,对应用于船舶动力定位系统的船舶数学建模也提出更高的要求.首先介绍船舶动力定位系统的意义及其应用的数学模型,然后针对船舶及推进器动力学数学模型的辨识与建立过程进行详细介绍,最后讨论船舶外界环境扰动建模的策略.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2012(023)003【总页数】5页(P55-59)【关键词】船舶;动力定位系统;数学模型;辨识;环境扰动【作者】李文华;杜佳璐;张银东;宋健;孙玉清;陈海泉【作者单位】大连海事大学轮机工程学院大连116026;大连海事大学信息科学技术学院大连116026;大连海事大学轮机工程学院大连116026;大连海事大学轮机工程学院大连116026;大连海事大学轮机工程学院大连116026;大连海事大学轮机工程学院大连116026【正文语种】中文【中图分类】U661.33船舶动力定位技术是指在不借助锚泊系统的情况下，使船舶利用自身的推进装置抵御风、浪、流等外界扰动的影响，以一定的姿态保持在海面某目标位置或精确地跟踪某一给定轨迹，以完成各种作业功能［1］。
它具有定位成本不随着水深增加而增加，机动性强，操作简便，定位精度高，不破坏海床等优点，故被广泛应用于海洋石油钻井平台以及打捞救助船、工程供应船、消防船等各种船舶上，是维持海洋浮式作业平台和船舶正常工作的关键。
近年来，随着海洋开发不断向着远海、深海扩展，动力定位技术对海洋开发具有越来越重要的现实意义，已受到业界广泛关注［2-3］。
为了提高动力定位船舶的操纵性能与定位精度，必须建立一个尽量精确而全面的数学模型。
应用于动力定位系统的船舶数学模型可以分为船舶及推进器动力学数学模型、船舶外界环境干扰因素环境扰动模型两个部分。
在有风、浪、流共同作用的复杂海况下，无约束的船舶具有六个自由度的运动特征。
利用GPS／IMU系统的舰船姿态测定
利用GPS／IMU系统的舰船姿态测定
宋健力
【期刊名称】《舰船导航》
【年(卷),期】2002(000)003
【摘要】像舰船和飞机这类运载体都具有三个姿态参数，即通常所说的纵摇，横摇和艏向。
在水道测量中，对这些姿态参数的精确测定对于修正多声束回波测深器的测量结果正确非常有用。
本文正是基于如下一项研究而完成的：在该项研究中，我们利用一种廉价惯性测量装置（IMU）来测量纵摇和横摇两个姿态参数，由装在舰船上的两套接收天线接收GPS载波信号，用该载波信号相位信息来计算第三个参数，即艏向参数，但是，当船体受到纵摇或横摇影响时，因此，若要精确地计算出艏向，那么水平坐标就必须针对船体纵摇，横摇的影响进行修正。
为此，本文说细说明了一种数学算法，运用该算法可以使纵，横摇的测量值精确到0．110弧度，而使艏向值精确到0．010弧度。
【总页数】9页(P27-35)
【作者】宋健力
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U674.703
【相关文献】
1.利用GPS载波相位实时测定动态飞行器姿态
2.基于GPS／SINS组合的舰船姿态测量系统研究
3.基于MIMU/GPS组合导航的箭载姿态测量系统
4.利用GPS进行载体姿态测定的研究
5.舰船姿态的GPS测定方法研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶电力推进仿真系统的设计与实现
大连海事大学毕业论文Array二○○八年六月船舶电力推进仿真系统的设计与实现专业班级：船电二班姓名：赵忠国指导教师：孙建波轮机工程学院２1 绪论 ......................................................................................................................................... ６1.1 船舶电力推进技术的发展历史................................................................................. ６1.2船舶电力推进技术研究领域的国内外现状................................................................ ６1.2.1 国外的应用与研究.......................................................................................... ６1.2.2 国内的应用与研究.......................................................................................... ７1.3课题的目的和意义........................................................................................................ ７1.4 课题主要研究内容................................................................................................... ８2 船舶电力系统各部件建模 ..................................................................................................... ８2.1 三相异步电动机的数学模型....................................................................................... ８2.1.1 A、B、C系统的电压、磁链和转矩方程................................................... ８2．1．2 坐标变换与变换矩阵.............................................................................. １２2．1．3 异步电动机在两相坐标系上的模型...................................................... １５2.2 螺旋桨特性数学建模............................................................................................... １７2.2.1 螺旋桨的负载模型........................................................................................ １７螺旋桨的扭矩特性.................................................................................................. １９3 异步电机直接转矩控制系统...................................................................................... ２０3.1 直接转矩控制系统介绍.................................................................................. ２０3.2 直接转矩控制的基本概念....................................................................................... ２１3.2.1.逆变器的开关状态......................................................................................... ２１3.2.2逆变器的空间电压矢量............................................................................... ２２3.2.3.电压空间矢量与磁链的关系...................................................................... ２３3.2.4．电压空间矢量与电磁转矩的关系............................................................ ２４3.3 直接转矩控制系统的组成及工作原理................................................................... ２５4 船舶电力推进系统的Matlab/Simulink设计与实现......................................................... ３０4.1Matlab/Simulink软件介绍 ........................................................................................ ３０电力推进船舶系统仿真模型及组成.............................................................................. ３０4.3仿真结果及讨论 ....................................................................................................... ３４5 结论 ..................................................................................................................................... ３７致谢 ..................................................................................................................................... ３８参考文献 ................................................................................................................................. ３９３摘要电力推进具有诸多的优越性，因此已成为现代船舶推进方式的发展方向。
船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究
（ ． ｏ ｅｅｏ ｒ ｅＥ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｄ ｌ ｎＭａ ｔ ｎｖｒｉ ， ａｉ ０ ６ Ｃ ｉａ １ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｍａｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ａｉ ｒｉ Ｕ ｉ ｓｙ Ｄ ｌ ｎ １ ６ ２ ， ｈｎ ； ｎ ｎ ｉ ａ ｉ ｍｅ ｅ ｔ ａ １ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎｏｍ ｔ ｎＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｄ ｌ ｎＭａ ｔ ｅＵ ｉｅｓｙ Ｄ ｌ ｎ １６ ２ ， ｈｎ ） ． ｏｌ ｅｏ ｆ ａｉ ｃｅ ｅａｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ａｉ ｒｉ ｎｖｒｉ ， ａｉ ０ ６ Ｃ ｉａ ｅ Ｉ ｒ ｏ ｎ ａ ｉｍ ｔ ａ １
（ ．大连 海事 大 学 轮机 工程 学 院 大 连 １ ６ ２ ； １ １ ０ ６
２ 大连 海 事大 学 信 息科 学技 术 学院 大连 １ ６ ２ ） ． １０ ６
［ 摘 要 ］船 舶 动 力 定 位 是 深 海 开 发 的关 键 技 术 之 一 ， 随着 海上 油气 生产 向深 海 的发 展 ， 应 用 于 船 舶 动力 定 对
第２ ３卷
第 ３期 （ 第 １５期 ） 总 ３
２１ ０ ２年 ６月
船
舶
Ｖｏ ．３ Ｎｏ ３ １ ２ ．
Ｓ Ｐ ＆ Ｂ０ＡＴ ＨＩ
Ｊｎ ２ ２ ｕ ｅ，０１
［ 船舶 电气 ］
船舶动力定位 系统数学模型参数 辨识方法研究
李 文 华 １ 杜 佳 璐 ２ 张银 东 １ 宋 健 － 孙 玉清 － 陈海泉
［ 图分 类 号 】 ６ １ ３ 中 Ｕ ６． ３
船舶动力定位模拟器综述
船舶动力定位模拟器综述
钱小斌;尹勇;孙霄峰;张秀凤
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(036)002
【摘要】动力定位模拟器是一种介于理论研究和实际应用的闭环控制仿真系统,其通过虚拟现实技术来模拟动力定位系统的功能和操作环境.动力定位模拟器主要用于动力定位操作员的培训,但国内尚未研制出自主知识产权的动力定位模拟器.通过对动力定位系统和动力定位模拟器的国内外研究现状进行了综述,列举了相关国际组织如英国航海学会、国际海洋工程承包商协会、挪威船级社等对DP模拟器用于培训和认证的具体规定,以及对DP模拟器的分类,并提出了一种动力定位模拟器的体系架构以及我国开发DP模拟器的可行途径.
【总页数】7页(P108-114)
【作者】钱小斌;尹勇;孙霄峰;张秀凤
【作者单位】大连海事大学航海动态仿真和控制实验室,辽宁大连116026;大连海事大学航海动态仿真和控制实验室,辽宁大连116026;大连海事大学航海动态仿真和控制实验室,辽宁大连116026;大连海事大学航海动态仿真和控制实验室,辽宁大连116026
【正文语种】中文
【中图分类】U666.158
【相关文献】
1.船舶动力定位模拟器自动定位功能研究与实现 [J], 钱小斌;尹勇;张秀凤
2.粒子群优化算法在船舶动力定位模拟器推力系统中的应用 [J], 余婷婷
3.遗传算法在船舶动力定位模拟器推力系统中的应用 [J], 任莉丽
4.神经网络在船舶动力定位模拟器控制系统中的应用 [J], 陈丽
5.基于模糊理论的船舶动力定位模拟器控制系统设计 [J], 郭奇青
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种具有波浪补偿和防晃功能的船用起重机
一种具有波浪补偿和防晃功能的船用起重机
邱志成;赵明扬
【期刊名称】《工程机械》
【年(卷),期】1999(030)002
【摘要】船用特种起重机是指在海浪环境中进行起吊作业的专用起重机器人，其需要解决的主要问题是波浪运动的补偿和摆动的抑制。
本文针对此采用并串联结构机器人的理论和技术，提出了能实现海浪补偿与防晃一体化的起重机方案，对方案的机构原理、测量方法、控制方法和非对称液压缸的建模等都进行了具体的分析与论证。
最后得出结论：现有技术水平能够实现海浪补偿与防晃一体化，研制特种起重机是可行的。
本项研究的科学意义在于探索在海浪环境
【总页数】2页(P12-13)
【作者】邱志成;赵明扬
【作者单位】中国科学院机器人学开放实验室;中国科学院机器人学开放实验室【正文语种】中文
【中图分类】U664.43
【相关文献】
1.一种具有防洒保温多功能的可调式外卖箱
2.一种具有防潮防变质功能的家用储粮罐
3.一种具有防潮防变质功能的家用储粮罐
4.一种具有自检测功能的防溢流系统在油罐车上的应用
5.具有波浪补偿功能的沿海采矿船研发
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法
船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法邹元杰;段文洋;任慧龙;宋竞正【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2002(023)001【摘要】船体表面的脉动压力预报对于船体结构有限元分析和可靠性分析是十分重要的.预报船舶运动响应、水动压力和剖面载荷的传统做法是采用切片理论,该理论对常规细长船舶的运动响应和剖面波浪载荷能给出较好的预报结果,但对船体表面脉动压力的预报,却因没有充分考虑三维效应而与船模试验结果出入较大.本文通过引入"高频低速"假定,基于三维线性势流理论,用三维源汇分布法在频域内求解非定常流场,进而计算船舶在规则波中运动、波浪载荷和脉动压力响应.对集装箱船FLOKSTRA的计算结果表明:与切片法相比,本方法计算的脉动压力响应与船模试验结果符合较好.【总页数】6页(P20-25)【作者】邹元杰;段文洋;任慧龙;宋竞正【作者单位】哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U661.32【相关文献】1.关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法 [J], 谢楠;Dracos VASSALOS2.船体湿表面脉动压力预报的三维非线性方法 [J], 张海彬;戴仰山;任慧龙3.船舶波浪载荷预报方法和模型试验研究综述 [J], 汪雪良;顾学康;祁恩荣;胡嘉骏4.预报船舶在波浪中航行时相对运动的三维模型 [J], 周正全;顾懋祥5.船舶振动响应计算中螺旋桨脉动压力的模拟方法研究 [J], 丁宁;高占峰;肖宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
波浪运动补偿稳定平台系统液压机构的仿真试验
波浪运动补偿稳定平台系统液压机构的仿真试验陈远明;叶家玮;宋鑫【摘要】利用Simulink仿真软件对该系统的液压补偿机构进行了仿真试验研究,并采用了PID控制、模糊控制和Fuzzy-PI复合控制三种控制算法进行比较.仿真结果表明,Fuzzy-PI复合控制的控制效果均优于常规的PID控制和模糊控制,是一种有效的控制算法;但系统还存在着一定的滞后,还需要改进.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2007(036)006【总页数】4页(P103-106)【关键词】波浪运动补偿;平台系统;液压机构;计算机仿真【作者】陈远明;叶家玮;宋鑫【作者单位】华南理工大学,交通学院,广州,510641;华南理工大学,交通学院,广州,510641;华南理工大学,交通学院,广州,510641【正文语种】中文【中图分类】TH137;TP271海上工作船受风、浪、流、潮等影响，不可避免地产生摇摆和升沉，直接影响海上作业的进行。
为了保证工程的进行，可在船舶上建立一个具有波浪运动补偿功能的稳定平台系统。
该系统是机电液一体化的大型装置，技术难度高，结构复杂，又在远离海岸的深海运作，对可靠性要求极高。
由于稳定平台系统造价昂贵，不可能建造实物模型来进行试验。
而计算机仿真和模拟试验是及早处理和改进设计，加速催化技术成熟及保证系统性能稳定可靠的有效手段。
因此，利用Simulink仿真软件对系统进行数学建模和仿真，并对不同控制算法的仿真结果进行分析和比较。
1-液压泵；2-溢流阀;3-单向阀;4-电液比例方向阀;5-液压缸;6-位移传感器图1 波浪运动补偿稳定平台系统的液压原理图1 系统的工作原理补偿稳定平台系统组成见图1。
由船舶运动数据采集单元采集到各个液压缸位置处的船舶摇摆升沉信号，然后传输到工控机进行运算，并通过数模转换和相关的电控制单元按一定的控制策略输出控制信号给电液比例方向阀，从而控制液压缸往船舶运动的相反方向运动，来抵消船舶摇摆深沉对补偿平台的影响，使补偿平台不随船舶运动而运动，始终保持水平，最终实现运动补偿[1]。
船舶动力定位海洋环境风力扰动仿真_李文华
1
引言
船舶动力定位技术是指在不借助锚泊系统的情况下， 使
随着水深增加而增加、 避免破坏海床、 机动性强、 操作简便、 定位精度高等， 被广泛应用于海洋石油钻井平台以及打捞救 助船、 工程供应船、 消防船等各种船舶上， 是维持海洋浮式作 业平台和船舶正常工作的关键 。近年来， 随着海洋开发不断 动力定位技术对海洋开发和国防建设具 向着远海深海扩展， 受到广泛关注 有越来越重要的现实意义，
— 155 —
计算风力、 风力矩及系数最精确的方式是进行风洞实 验， 但该方法费时费力、 花费大， 因此一般采用经验公式或数 9］选择的 50 条不同 值方法来进行估算。 本文采用的是文献［ 船型的船舶实验资料数据作为回归样本，其中包括了各类 商船型及一些特殊工作船型， 采用船舶正向投影面积 A T 、 船 舶侧向投影面积 A L 、 船舶总长 L、 船舶侧投影面积中心到船 船宽 B 这 5 个易于得到的基本船型系数， 进行逐 艏之距离 C、 步回归分析， 得到了一种精度更高的计算公式， 分别为：
时间测量中获得的均值， 并随距海面的距离减少而降低， 而 扰动风 速 V gi （ t） 是 随 机 的， 跟海面的距离大致是恒定的 值
［7 ］
。
风速都是在固定的高度上进行测量的， 风速的垂直分布 规律有两种描述方法： 幂规律和对数规律。 常用的是对数规 珔 （ z） 可表示为［7］ ： 即在高度 z 处测量的平均风速 V 律， 珔 V （ z） 5 z = κ ln 珔 V 2 槡 z0 10 z0 = 10exp（ － 其中， 2 5槡 κ （ 4）
珔 ）；V 10 为在 10 m 海拔高度处每小
时的平均风速； κ 为海面表面阻力系数， 取 0 ． 0026 。
船舶动力学建模与仿真技术研究
船舶动力学建模与仿真技术研究船舶动力学建模与仿真技术是一个非常重要的领域，在船舶设计和运营中发挥着重要的作用。
船舶动力学建模可以实时地分析船舶的运动和性能，帮助船员预测未来的船舶动力系统。
船舶动力学仿真技术可以通过虚拟现实技术，模拟不同的气象条件、水流条件、负载和船速等因素，以帮助设计者更好地评估船舶性能，了解其动态属性，使船舶重量尽可能小，速度最快且耗能低，性能优异。
船舶动力学建模在船舶动力学建模领域，我们可以通过建立数学模型，来帮助我们理解船舶的动力学性能。
数学模型包括了船体的几何结构，船体的水动力学性能，动力系统的能源和传输系统等因素。
其中最重要的是动力系统的模型。
该模型使用动力线路图来表示动力系统的组成部分，例如主机、转向、避震装置、无人驾驶系统、传感器等，允许我们研究系统的动态性能。
此外，广泛应用仿真分析技术来描述船体的运动状态，以预测其运动状态，例如纵向、横向、旋转等参数。
船舶动力系统的运作包括主机、螺旋桨及舵系的控制。
这些组成部分可以通过电气及机械数字模型来复制真实的船舶系统。
通过采用分布在整个系统中的传感器和控制器，我们可以测量、记录和控制诸如温度、压力、流量以及功率等计量参数。
动力系统和船壳之间的相互作用可以通过电气传输线模拟。
全面研究吸湿、渗透、腐蚀及其他诸如此类的因素，能增强电气系统的耐用性。
船体的结构和弯曲刚度及其他力位特性也应考虑。
船舶动力学仿真技术船舶动力学仿真技术就是将建立的计算模型应用到虚拟现实技术中。
在这个领域，我们可以模拟船舶在不同情况下的运动，计算需要的动力信息并在虚拟现实环境中进行仿真。
由于虚拟现实技术可以模拟气候条件，船体结构及水荷载的效果，我们可以在一台计算机上进行多种情况下的仿真测试来优化波浪抗性。
并且通过在虚拟环境中加入人工智能系统可以使侦查和反应能力不断提高，提高船员的安全性和可靠性，提高设备的操作效率。
另外，船舶动力学仿真技术也可用于优化船舶的负载和方向。
数值波浪序列中的高频成分
数值波浪序列中的高频成分高宁波;杨建民;李欣【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2016(020)006【摘要】可靠的波浪模拟方法对于海洋结构物水动力性能的评估而言至关重要。
文章基于软件FLUENT，分别采用四种不同的网格模型，实现了对于规则波的模拟。
文中采用VOF方法对自由液面进行捕捉，并采用动网格方法模拟摇板的运动从而实现造波。
考虑到数值耗散及截断误差对数值模拟结果的影响，针对沿水池方向的波浪衰减情况进行了相关研究。
为了避免造波板的初始运动所引起的波面扰动，引入了一种“缓入”方法使造波板缓慢地达到最大幅值的运动，有效地避免了初始扰动所带来的影响。
数值模拟的结果分别与一阶和二阶理论解进行了对比。
结果表明，该数值波浪模型能够给出可靠的预测，为下一步模拟强非线性波浪（如畸形波）奠定了基础。
【总页数】9页(P955-963)【作者】高宁波;杨建民;李欣【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】O351【相关文献】1.数值波浪水槽在半圆堤波浪力计算中的应用 [J], 李绍武;卢明2.基于长期波浪序列的沙质海岸演变数值模型 [J], 张长宽;张东生;陈举来3.改进的二维数值波浪水槽在波浪破碎中的应用 [J], 何海伦;宋金宝;李爽4.SWAN波浪模型和缓坡方程在0903号台风“莲花”波浪数值计算中的联合应用 [J], 姬厚德;蓝尹余;赵东波;5.SWAN波浪模型和缓坡方程在0903号台风“莲花”波浪数值计算中的联合应用 [J], 姬厚德;蓝尹余;赵东波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水下航行体波浪力理论预报
水下航行体波浪力理论预报
匡晓峰;汪玉;缪泉明;冯学知;蒋强强;向旭
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2006(010)001
【摘要】本文对水下航行体近水面航行状态进行波浪力的计算,计算采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波浪力响应以及用Newman细长体方法和3D 修正方法计算水下航行体的二阶平均波浪力与力矩.该方法和计算程序已经过多次模型试验结果比较和验证.采用该方法就某水下航行体计算了二种水深、七种相对浪向下近水面波浪力响应,并给出了波浪力参数随水深变化与浪向变化的计算结果.【总页数】8页(P28-35)
【作者】匡晓峰;汪玉;缪泉明;冯学知;蒋强强;向旭
【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;海军装备论证研究院,北京,100073;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082
【正文语种】中文
【中图分类】U661.32
【相关文献】
1.细长体上二阶波浪力的切片理论 [J], 缪国平;刘应中;王海平
2.水下航行体空间操纵性预报研究 [J], 王安学;刘晓静
3.便携式水下航行器近水面航行波浪力计算分析与预报 [J], 潘光;刘亚楠;杜晓旭;Saeed Akram Malik
4.波浪扰动对水下航行体垂直出水运动影响研究 [J], 李智生;阎肖鹏;李钊
5.波浪模拟及其对水下航行体出水过程影响 [J], 权晓波;孔德才;李岩
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
海浪的模拟仿真
海浪的模拟仿真
刘维亭;张冰
【期刊名称】《华东船舶工业学院学报》
【年(卷),期】1999(013)006
【摘要】针对一个特定的船舶模型，着重研究了海浪对其横荡、横摇和艏摇运动的影响，给出了成形滤波器的设计方法。
根据平稳随机过程理论，利用白噪声驱动成形滤波器，获得海浪的干扰模型，并得到了令人满意的仿真结果。
【总页数】4页(P6-9)
【作者】刘维亭;张冰
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P731.22
【相关文献】
1.基于模型的海浪模拟仿真 [J], 马雪倩;叶锡君;谢忠红
2.长峰波海浪的数值模拟仿真与频谱估计 [J], 许景波;边信黔;付明玉
3.基于SPH方法的海浪动态演变模拟仿真 [J], 张静;刘文龙;卢文虎
4.海浪预报知识讲座第十三讲海浪预报技术及预报方法(6)——海浪数值预报(Ⅱ) [J], 许富祥
5.海浪预报知识讲座第十四讲海浪预报技术及预报方法(7)——海浪数值预报(Ⅲ) [J], 许富祥
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船行波的计算机仿真研究的开题报告
船行波的计算机仿真研究的开题报告一、研究背景及意义在海洋工程、船舶工程等领域中，船行波（Ship Waves）的研究是一个重要的研究领域。
船行波不仅对船舶的速度、航线、燃油经济性等因素有影响，还对周围环境造成一定的影响，如对港口、海岸线等造成的波浪、声波扰动等。
因此，对船行波的研究有着重要的工程实际应用价值。
目前，船行波的研究主要采用实验室模型试验和数值模拟两种方法。
实验室模型试验限制比较大，需要进行大型模型试验，并且成本较高，所以常常用于验证数值模拟结果。
而数值模拟技术因其适用范围广、计算成本低等优点，已经成为船行波研究的主流方法。
本研究旨在利用计算机仿真技术对船行波进行数值模拟研究，对船行波的特性进行分析，为船舶的设计、运行调整等提供理论依据和工程应用价值。
二、研究内容和方法本研究将以计算机仿真技术为主要手段，对船行波进行数值模拟研究。
具体内容包括：1.建立数值模型首先，需要建立船行波数值模型，包括计算流体力学（CFD）模型、水面波理论模型等。
根据研究需要，需要对计算精度、计算速度等因素对模型进行优化和设计。
2.进行数值计算基于建立的数值模型，需要进行数值计算，通过数值分析来研究船体外形、航行速度、水深等参数对船行波的影响。
3.分析船行波特性根据数值计算结果，对船行波的特性进行分析。
包括船行波的频率、振幅、三维形态等方面进行全面分析。
4.验证模型精度通过模型验证，和实验结果进行比较和分析，验证模型精度和适用范围。
三、预期研究结果通过本研究的计算机仿真数值模拟方法，预期实现以下结果：1.建立船行波数值模型，对船行波进行数值模拟研究。
2.分析船行波特性，包括船行波三维形态、尾迹等。
3.探究船体外形、航行速度、水深等参数对船行波的影响规律。
4.验证模型的精度和适用范围。
四、研究创新点本研究的创新点在于：1.采用计算机仿真技术对船行波进行数值模拟，实现数值计算，降低研究成本，提高研究效率。
2.基于数值模拟结果，对船行波特性进行全面分析，并探究相关影响因素，为实际应用提供可靠的理论依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不规则波进行仿真时, 为满足仿真对海浪谱能量占 总能量的足够比率的要求, 海浪谱的仿真频段选为 0. 05 ~ 5. 5 rad s. 为保证足够的仿真精度, 谐波的级 数取到 100 级.
仿真运算所得的规则波纵荡( Surge) 干扰力、横 荡( Sway) 干扰力、艏摇( Yaw) 干扰力矩计算结果如 图 3 所示, 不规则波的计算结果如图 4 所示. 可以看 出: 两者的变化轨迹相似, 在大致相同时间出现各自 的最大值, 数值对应保持在同一数量级上.
平台位置的移动和工作也有重要影响. 本文只考虑波
浪漂移力对船舶的影响. 波浪的数学描述分为规则波 与不规则波两种, 分别研究这两种情况下波浪扰动的
模拟及数值计算模型.
1. 1 规则波干扰力 力矩建模
规则波是指波面近似于正弦波, 具有确定波高、 周期的波浪. 假设波浪对船舶的干扰力 力矩作用符
合 傅 汝 德 - 克 雷 洛 夫 假 设 ( 即 Froude-Krylov Hypothesis) [ 2] , 船舶外形为正六面体, 吃水和船宽不 随船舶纵向位置变化, 即为常数, 截面面积 也为常
反演的线性叠加法在 Matlab Simulink 仿真平台上模拟 出不规则长峰波海浪[ 5] .
海面上固定点长峰波海浪波高方程为 ( t ) =
ai cos( wit - i ) . 随机初相位为[ 0, 2 ] 区间内均
i= 1
匀分布的随机变量, 而谐波波幅 ai 可以通过波能谱
密度函数 S ( w ) 得到. 波能谱密度函数 S ( w ) 有纽
第 4期
宋 健, 等: 船舶动力定位系统波浪扰动仿真
7
波向角, = - .
图 1 船舶与波浪运动坐标系
波浪干扰力一般分为一阶波浪干扰力和二阶波浪
力( 又称波浪漂移力) . 一阶波浪干扰力主要引发船舶纵
摇和垂荡运动, 而波浪二阶漂移力不仅会改变船舶航 行的航向和航迹, 对处于动力定位工况下船舶及钻井
在充分研究波浪扰动作用机理基础上, 本文基 于 Matlab Simulink 完成波浪仿真及其对船舶扰动计 算模块的建立. 以供给船为例, 分别进行规则波和不 规则波波浪干扰力 力矩的计算分析. 仿真结果验证 了所设计模型的有效性.
1 波浪干扰模型的建立
为描述船舶的运动情况, 引入两种坐标系, 大地 坐标系 OX 0 Y0 和波浪运动坐标系 O , 如图 1 所示. 动力定位船舶三自由度低频动力学方程表示为
SONG Jiana, DU Jialub , LI Wenhuaa , SUN Yuqing a, CHEN Haiquana
( a. M ari ne Engineering Coll ege ; b. Inf ormation Science and Technology College , Dalian Marit ime University,
ITTC two- parameter wave spectrum; regular wave; irregular wave
0引言
船舶动力定位是指船舶在不借助锚泊系统情况 下, 利用自身推进装置抵御风、浪、流等外界扰动的 影响, 以一定姿态保持在海面某目标位置, 或使船舶 精确地跟踪某一给定轨迹, 以完成各种作业功能[ 1] . 动力定位系统已广泛应用于各种船舶及海上浮式作 业平台, 是深海开发的关键技术之一, 对我国海洋开 发具有重要的现实意义. 建立一个反映海况和气象 等自然环境对船舶所造成影响的仿真模型, 对船舶 动力定位控制系统设计及其仿真实验研究均具有重 要意义.
数.
计算规则波波浪漂移力和力矩时, 采用波浪漂 移力和力矩的 Daidola 计算公式[ 3]
F = X
D wav
e
1 2
La2 cos
CDXw
FYD = wave
1 2
La2 sin
CDYw
( 2)
M ND = wav e
1 2
L2 a2 sin
CDNw
其中: L 为船长; 为波向角; a 为波幅; w 为波浪圆
3结论
针对动力定位船舶设计控制策略进行仿真实验 研究的需求, 研究计算动力定位船舶波浪扰动作用 的理论基 础, 进而基 于 Matlab Simulink 完成模 型的 设计实现. 针对规则波和不规则长峰波两种情况, 比 较仿真模型作用于 船体的力 力矩. 仿真结果表 明, 该仿真模型作用效果符合船舶实际操纵经验, 模型 整体准确性、有效性达到仿真实验分析研究的要求.
第 37 卷 第 4 期 2011 年 11 月
大 连 海事 大 学学 报 Journal of Dalian Maritime University
文章编号: 1006- 7736( 2011) 04- 0006- 03
船舶动力定位系统波浪扰动仿真
宋 健a, 杜佳璐b , 李文华a, 孙玉清a, 陈海泉a
L
L
L
其中: 为波长; k 为波数; g 为重力加速度,
=2 k
k = w2 g
( 6)
1. 2 不规则波干扰力 力矩建模
不规则波可以看作各种频率规则波的叠加. 经常
把仅存在于主风向方向且有无穷长波线、单向波峰彼
此保持平行的二次不规则波浪称为长峰波海浪[ 4] . 依据
长峰波海浪理论, 可以建立海浪信号的数学模型, 采用 波能谱( 海浪谱) 描述海浪的统计特性, 最终利用海浪
CDXw ( ) = 0. 05 - 0. 2( L ) + 0. 75( L ) 2 - 0. 51( L ) 3
CDYw ( ) = 0. 46 + 6. 83( L ) - 15. 65( L ) 2 + 8. 44( L ) 3 ( 5)
CDNw (
) = - 0. 11+ 0. 68( ) - 0. 79( ) 2 + 0. 21( ) 3
( 9)
可以得到
MN
D w
ave
=
1 2
L2 sin
m
CDXw (
i= 1
i
)
a
2 i
8
大连海事大学学报
第 37 卷
图 2 固定空间点时域海浪仿真波形
F XDw ave = F YDwav e = MNDwav e =
m
L cos
CDXw ( 2 w i g) S ( wi ) w
i= 1
m
L sin
和推进器作用于船舶的力 力矩向量.
图 1 中, 为船舶航向角, 为绝对波向角, 为
收稿日期: 2011-06- 25 基金项目: 国家自然科学基 金资助项目( 51079013) ; 辽宁省教育厅 高等学校科 研资助项 目( LT2010013) ; 中 央高校 基本科
研业务费专项资 金资助项目( 2011QN109) 作者简介: 宋 健 ( 1986- ) , 男, 河北保定人, 研究生, E- mail: sjdmu@ yahoo. com. cn 通信作者: 杜佳璐 ( 1966- ) , 女, 辽宁营口人, 教授, 博士生导师, E-mail: dujl66@ 163. com
Dalian 116026, China)
Abstract: Based on ITTC two- parameter wave spectrum and wave force torque calculation formula, models for the wave simulation and wave disturbance numerical calculation were set up based on Matlab Simulink. Wave disturbance on a supply ship was carried out for regular wave and irregular wave respectively. Results show the effectiveness of the proposed model, which laies a foundation for establishing ship dynamic positioning system s simulation platform with the wind- wave- current disturbance considered comprehensively. Key words: dynamic positioning of ships; wave drift force torque;
频率; h 为波高; T 为波浪周期,
a= h2
w= 2 T
( 3)
根据 Price 和 Bishop 给出的由风速 U 及5U2 + 1. 5
T = - 0. 001 U3 + 0. 042 U2 + 5. 6
( 4)
波浪漂移力 力矩系数计算公式如下:
波和不规则波模型作用下所受波浪干扰力. 计算 结果证明了
所建模型的有效性, 为建立综合考虑风 浪流扰动 的船舶动力
定位系统仿真平台奠定了基础.
关键词: 船舶动力定位; 波浪漂移力 力 矩; ITTC 双参数 谱; 规
则波; 不规则波
中图分类号:TP391. 9
文献标志码: A
Simulation of ship dynamic positioning system disturbance due to wave
CDXw ( 2 wi g) S ( wi ) w
i= 1
m
L2 sin
CDXw ( 2 wi g) S ( wi ) w
i= 1
( 10)
2 仿真运算与分析
基于上述理论基础, 在 Mat lab Simulink 软件平 台上分别建立规则波和不规则波仿真模型. 为验证 所设计船舶动力定位环境扰动模型的有效性, 选择 供给船进行仿真研究. 该船总长 Loa = 50 m, 排水量 W = 900 m3 , 船宽 b = 12 m [.6]