船舶航行条件实时模拟器的研制

本文介绍了船舶航行条件实时模拟器（ＮＮＳ）的研制概况，内容涉及三维虚拟外景成像系统（ＶＥＳ）、船舶运动仿真系统（ＳＭＭＳ）、模拟驾驶台仿真系统（ＳＢＳ）的设计与实现及模拟器的软件框架与主流程。     

船舶航行条件的快时模拟

本文说明了船舶在航道中航行条件快时模拟的原理，建立了船舶运动的基本方程、水动力模型，说明了影响船舶运动的“环境”因素及这些“环境”因素的计算方法. 通过算例，详细解释应用快时模拟研究航道航行条件的分析过程。     

破冰船引航下极地船舶结构冰荷载的离散元分析

采用破冰船引航的方式可有效保障商船在极地冰区的航行安全。通过基于闵可夫斯基和原理的扩展多面体构造任意形态的海冰单元，同时发展基于扩展多面体单元的粘结失效模型模拟海冰的破碎过程，从而建立基于扩展多面体的离散元方法。采用扩展多面体离散元方法模拟船舶冰区航行过程中的船-冰相互作用，并分析船舶结构上的冰载荷。根据“雪龙号”船体结构模型，采用扩展多面体离散元方法模拟了单船破冰条件下的冰荷载，通过船舶抗冰设计中常用的冰阻力Lindqvist公式和Riska公式校核离散元计算结果。对比结果表明，扩展多面体离散元方法与相关公式计算结果相近，对船舶结构冰荷载的模拟精度较好。采用离散元方法计算了引航条件下破冰船和货船上的冰荷载，分析不同航速和船宽比条件下两船上的冰阻力大小和特点。扩展多面体离散元方法可有效用于船舶结构的冰荷载分析，其计算结果可为冰区船舶设计和航行安全提供重要参考。     

船舶在长峰和短峰不规则波中运动的三维时域数值模拟

船舶在真实海况中的航行性能越来越受到重视。此文在规则波中航行船舶运动的时域预报方法的基础上,发展了长峰和短峰不规则波的数值模拟技术,建立了航行船舶在长峰和短峰不规则波中运动的三维时域数值模拟方法,并应用该方法对一条10万吨油轮进行了数值模拟研究,计算了该油轮在长峰不规则波中的运动响应。试验和计算结果表明此文方法有一定的精度。最后还对该油轮进行了短峰不规则波中运动的数值模拟。长峰和短峰不规则波中的计算结果比较表明短峰不规则波对该油轮运动可产生较大影响。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

弯曲河段船闸口门区通航水流条件探讨

船闸口门区通航水流条件中的横向流速指标是衡量船舶能否安全进出引航道口门区的主要标准之一。通过对位于弯曲河段的水利水电枢纽工程资料的收集分析,发现存在口门区局部区域流速测点横向流速超过规范限值,但船模航行参数符合要求的现象。针对这一问题,以大源渡航电枢纽二线船闸口门区通航水流条件模型试验和船模航行试验为基础,研究弯曲河段口门区船舶航行的特点,分析2种试验结果的差异,提出了在衡量弯曲河段船闸口门区通航水流条件时应考虑船舶航行存在艏向角的因素,以及船舶的有效横向流速应与规范中的限值进行比较的建议。     

三峡船闸运行过程仿真方法研究

本文首先阐述了三峡船闸进行模拟的必要性，分析了三峡船闸的运行特点，提出须同时对船闸输水过程和船舶过闸过程进行仿真，建立了模拟船闸输水过程水力特性及航道水流的仿真数值模型；提出采用船舶模拟器进行船舶航行过闸仿真模拟的方法，最后介绍了所研制的船舶模拟器的功能及组成。     

船舶航行对河床底泥扰动影响的验证方法浅析

在一定的水深条件下，船舶螺旋桨在航行过程中产生的射流会对河床底泥产生扰动影响，该扰动作用能否引起河床底泥的再悬浮有待进一步研究分析。以余杭塘河典型航段为研究对象，前期通过静力触探试验发现河床底泥状态较为稳定，在载重型船舶航行前、后的时间窗口，利用NORBIT iWBMS多波束测深系统对该航段进行跟踪测量。测量结果表明，在目前水深条件下，载重型船舶螺旋桨射流难以引起河床沉积底泥起动和再悬浮，初步可以判断船舶正常航行在该航道时对河床底泥影响不显著。     

湘江湘潭铁路桥水域船舶安全航速研究

湘江湘潭铁路桥水域的通航条件较为复杂,为了研究船舶通过此水域的安全航速,确保桥和船的安全,进行桥区水域航道的船模试验研究。根据相似准则制作1∶100正态定床水工模型和船模,模拟II级航道各典型船舶在此水域的航行状况。试验采用流场实时测量系统VDMS对船模运动进行快速检测,由其内置程序得到船模的漂角、漂距以及相应的航速。根据安全航行的原则,通过对试验成果的分析,提出了在最大通航流量Q=20 000 m³/s下,2 000 t 级自动船舶、2×2 000 t 级驳船队和4×1 000 t 级驳船队通过此水域的安全航速分别为：18.36~25.49 km/h,14.40~19.40 km/h和14.40~18.47 km/h。该研究方法可供同行参考,其研究可为航道管理部门及设计部门提供依据。     

葛洲坝大江下航道水流条件分析

航道水流条件是保证船舶航行安全的主要问题之一。葛洲坝大江下游引航道由于受枢纽泄洪影响，航道内存在明显的泄水波和高流速区，造成船舶航行困难，影响安全。因此，现行船舶只在流量２００００ｍ＾３／ｓ以下通行。为此，近年来，对原型水流条件作了大量观测，探讨提高通航流量的可能性。经分析认为，在现行条件下，通航流量可提高到２３０００ｍ＾３／ｓ。     

内河离港船舶吃水在线动态扫描检测方法

船舶“超吃水冶引起的船舶搁浅事故呈逐年增多的趋势,对内河离港船舶吃水进行实时测量尤为必要. 针 对内河航道的特点,提出了一种利用单波束声收发分体传感器同步对船舶底部边缘进行扫描测量的方法,研究 了传感器系统构成,并对测量原理进行了理论推导. 设计了比尺为1100 的吃水测量试验系统,利用3 000 t级 小比尺船模按4 种工况进行试验,结果表明,船舶航速对船舶吃水测量值有一定影响,但最大误差仍控制在 11. 4%以内,证明了这种测量方法的可行性.     

河道安全巡检中的船舶可视化监测方法

针对河道安全巡检中的船舶可视化监测难题,基于高分辨率彩色图像识别技术,提出了一种河工模型试验中船模运动轨迹可视化测量方法和一种基于无人机的河道船舶轨迹跟踪方法。试验结果表明,船模运动轨迹可视化测量方法的测量值与实际值之间的最大相对误差为-3.284%,精度可以满足河工模型试验要求;船舶轨迹跟踪中采用加速稳健特征变换(SURF)方法对无人机图像进行配准,能有效地消除无人机位置飘移对船舶运动轨迹跟踪结果的影响,实现河道中多个船舶目标的运动轨迹同步可视化跟踪监测。     

含入射波时任意三维浮体之全非线性流场模拟

应用DELTA方法之数值模型于仿真分析船舶在有入射波海域航行时的流场，并对该运动所产生的波形加以分析。DELTA方法的特点是将所有奇点布置于计算区域之外，相对于传统做法而言，程式的复杂度减低，运算过程所需的时间亦减少。文中使用造波器来仿真真实海面之波浪情形，来仿真海面的波浪。当三维入射波被导人计算区域之中后，即可以此数值模型仿真船舶航行于类真实海面的情形；最后将船体的波形与相关文献进行比较，其结果是令人满意的。     

CALCULATION OF MANOEUVERING HYDRODYNAMIC FORCE INCLUDING THE EFFECT OF VISCOSITY

Based on the method of Chapman and Yamasaki, this paper calculates the wave making hydrodynamic forces acting on a yawed ship. In order to study the effect of viscosity, this paper calculates the wave making resistance of a new ship model whose boundary is formed by adding the displacement thickness on real ship body. The comparisons between the calculated results of a Wigley model and experimental values verify the validity of the new model and the numerical methods.     

弯道航行漂角计算方法研究

船舶弯道通航所需宽度计算的经验公式已有不少,但式中涉及的漂角值却都是试验测得。从弯道航行船模试验数据中对影响漂角的R/L、流速、航速和操纵性能等各主要因素进行了分析,运用量纲分析原理和线性回归分析,首次提出了弯道漂角计算公式。通过船模试验资料和实船试验资料验证,均有较好的吻合度。     

通航小尺度船模试验研究

阐述了小尺度船模试验研究的几个主要问题,包括 船模的相似性、操纵性能、尺度效应及修正、技术特点以及试验资料分析等,并对各点进行 了分析。其中西南水运工程研究所研制的CM2-3B船模驾驶室监控系统(船模轨迹实时接受装 置)及该所进行的与三峡工程引航道水深相近的船模性能试验研究,在船模试验研究方面有 所创新,通过多年的实际运用,均能满足试验研究与工程实际的需要,其效果较好。     

船舶线性耦合运动稳定性

本文讨论了船舶线性非时变系统及线性时变系统运动的稳定性。对线性非时主系统，本文给出了船舶运动稳定性的这例，及其数学物理上对这类问题稳定性的判别法，对线性周期时变系统，文中对于两种稳定性判别法及其近似解法作了讨论和比较，两种判别法分析为李雅普诺夫直接法及特征根判别法。     

五强溪枢纽通航水流试验与实船通航调研

 根据通航水流和船模试验与实船航行资料比较结果表明：船闸下游引航道口门的通航水流条件与水力学模型试验结论基本一致，能满足现行船舶的通航要求。文中分析了目前在设计最高通航流量下船舶还不能航行的原因，并提出了改进建议。     

宜万铁路宜昌长江大桥工程通航影响研究

桥梁属永久建筑物,为使大桥建设对桥区河段通航的不利影响降到最小,通过实船试验、通航水力学及船模试验,研究了宜万铁路宜昌长江大桥拟选的两处桥位及各种桥型方案对桥区河段通航条件的影响。结果表明：两处桥位建桥方案,仅桥墩附近及桥墩下游一定范围内流态有所改变,河段内其他部位流态无明显变化,建桥对上游壅水仅在较短距离内产生影响（上游150m 处壅高0.10m、下游水位建桥前后无变化）。综合分析得出,以2号桥位优化方案为宜。该试验研究,不仅为本工程的设计提供了科学依据,同时也可为国内其它大型跨江桥梁的建设提供参考借鉴。