船舶航行条件的实时模拟

简要介绍了船舶航行条件实时模拟的基本原理和船舶操纵运动数学模型及实时算法。通过某工程双线船闸下游引航道进闸航行条件的实时模拟,说明了应用实时模拟研究航道航行条件的方法和步骤。     

船舶航行条件实时模拟器的研制

本文介绍了船舶地条件实时模拟器（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。     

高坝瞬时泄洪对坝下游船舶航行及码头影响的数值模拟

以描述河流瞬变流的运动方程为基础,得出了模拟瞬时洪水波和溃坝波在天然河道和干河床中传播过程的数值计算方法.运用该方法模拟分析了金沙江向家坝突然泄洪过程,以及瞬变流对坝址下游165km长河道中船舶航行和码头的影响.     

升船机中间渠道的航行水力特性和尺度试验研究

通过物理模型试验，研究了Ⅳ、Ⅴ级航道的升船机中间渠道的航行水力特性，并根据船舶航速条件将中间渠道分为A、B、C三类，提出了中间渠道相应的参考尺度及其确定原则．     

桥区河段横流对船舶航行的影响

以某桥梁通航论证水工模型试验研究为基础,进行了遥控自航船模试验,对船模沿桥区不同航线航行情况下受到的水流影响进行了分析,重点分析了横流作用下的船舶受力以及桥区河段横向水流对船模航行的影响.分析结果表明,航线选择不同,船舶受水流的影响也不同;船舶受横流的影响程度与船型和静水航速等因素有关,船舶尺寸越大,受横流的影响越大;船舶静水航速越大,受横流的影响越小.横流作用下船舶的受力复杂,桥区河段应该合理规划航线以减小横流对船舶航行的影响,保证桥区通航安全.     

长江南京至浏河口深水航道航行基面及理论基面初步分析

由于沿江河道治理、航道整治、桥梁建设等人类活动以及海平面上升等因素的影响,南京以下沿程潮波发生变形,现行的基面需要重新计算与复核.通过收集沿程各站潮位资料,并利用一维数学模型对资料进行插补延伸;根据所得的沿程各站潮位资料,采用综合历时曲线法等手段对南京以下基面进行计算,比较现行基面与本次计算基面的差异.研究表明,南京以下现行的基面是可行的,且对船舶的航行是偏安全的,利用现行基面所测量的海图、地形图及研究成果可信有效.     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

澜沧江船舶航行阻力及通航水力指标研究

采用螺旋桨推力与船舶航行阻力相平衡的原则,以兹万科夫水流阻力计算公式为基础,根据澜沧江实船静水航速试验资料,以船舶浸水面积与水流佛劳德数为典型参数,对原兹万科夫公式进行了修正。提出了适合于澜沧江代表船舶的水流阻力计算公式。结合坡降阻力计算,探讨了多种工况下的船舶推力和航行阻力的计算问题,提出了一系列急流滩消滩流速—比降组合。并建立了应用方便、结构简单合理的澜沧江通航水力指标,即船舶能自航上滩的最大流速—比降关系式,为澜沧江航道的规划、设计及整治提供了理论基础。     

二维浅水狭航道船舶变速航行的有限元计算

本文从二维浅水波方程出发,采用有限元计算船舶变速驶进、驶出大坝升船机承船厢时的水动力学过程.二维浅水波方程理论把行驶船舶对水面的作用力直接加在二维浅水波方程里,以此来计算水表面波动和水平流速.水动力波产生的水动压力又影响到船舶的运动.本文研究船舶和水体的相互作用.它描述了水面波动、水平流速、船舶的纵倾角、船和厢底的最小间隙、以及承船厢受的水体总重量、水动力矩等重要物理量在船舶行驶过程中的变化规律.本文算例的结果和文献[5]给出的实验数据大体一致.计算结果还发现,船舶驶出承船厢时下沉和纵倾的幅度比船只驶进承船厢时要稍大一点.工程上应当予以重视.     

苏通长江公路大桥河段通航水流条件数值模拟

为模拟苏通长江大桥河段水流条件,采用二维浅水方程,建立了水流数学模型,并根据实测资料进行了潮位、流速流向过程、流速分布的验证计算,能够较准确复演天然河道的水流条件,在此基础上开展了苏通长江大桥建桥前后通航水流条件计算,计算结果表明,采用东线桥位双塔斜拉桥对通航水流条件影响最小。     

引航道通航水流条件数值模拟

采用数值模拟手段,计算了当引航道航道中心线与河流主流存在较大夹角时,船闸引航道口门区及其连接段区域不同流量下的水位、流速分布等水力特性.计算结果表明:各级流量下引航道口门区的斜流效应明显,影响口门区通航水流条件,分析各级流量下的通航水流条件后,确定其最高通航流量为4 000 m3/s,若要提高最高通航流量,应适当减小航道中心线与河道主流的夹角.通过对比分析数值模拟与物理模型试验的结果可知,该数学模型能较好地模拟引航道口门区水流条件.     

泄水闸开启方式对通航水流条件的影响

为研究闸门开启方式对枢纽下游引航道口门区水流特征及通航水流条件的影响,以北江白石窑枢纽泄水闸为例,针对不同闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件的影响开展三维数值模拟研究。结果表明:在较小流量情况下,闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件影响较小;当流量较大时,闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件影响较大。对于白石窑枢纽泄水闸,单开左岸泄水闸,或集中开启左岸泄水闸并间隔开启右岸泄水闸,下游引航道口门一线船闸航道右侧将不能满足通航水流条件要求。为保证船舶航行安全,建议该工程在下泄洪水时尽可能开启右岸泄水闸,或均匀开启全部泄水闸。     

船闸布置在弯道凹凸岸附近时通航条件分析

统计了枢纽中通航建筑物的布置现状,阐述了枢纽中船闸布置的有关规定,重点对通航建筑物布置在凹岸或凸岸附近时的边界、水流和航行条件作综合分析.分析表明:船闸布置在凹岸时的有利条件多于凸岸;当船闸引航道口门区处在弯道段时,会受斜向水流与弯道水流的共同作用,增加船舶(队)进出口门的难度;当连接段处在弯道段时,船舶(队)受到弯道水流与航线夹角和船队轴线与航线夹角的双重作用,船舶操舵较顺直河段困难.同时需研究船舶(队)回转半径与操舵角的关系.     

三峡工程明渠通航船模与实船试验

峡工程导流明渠兼施工通航航道,通过船模结合 水力学试验研究,较好地解决了明渠内的航线优化,提高通航流量的方法以及汛期冲淤后的 防护措施及对航行的影响等关键问题,为设计和施工提供了重要的科学依据。研究成果得 到1997～1998年航行实践和原型实船试验很好的验证。     

地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨

本文对地下水运动数值模拟过程中边界条件的涵义 和处理方法进行了分析和讨论。阐述了边界条件所包含的双重意义。指出随着人类活动影响 强度的日益增大，边界条件的处理要面临一些新的更为复杂的问题。在模型预报之前必须首 先对边界条件做出预报。边界条件的预报既要考虑自然因素的作用，同时也要考虑人类活动 (人工开采和人工补给)的影响及由于邻区水流条件变化而产生的耦合效应。之后，给出了两 个应用实例。     

飞来峡水利枢纽新建二、三线船闸通航水流条件的试验研究

飞来峡水利枢纽由于场地限制,新船闸需要在在凸岸建设,要获得良好的通航水流条件难度较高。本文通过整体定床物理模型试验,研究了飞来峡水利枢纽新建二线、三线船闸并列布置方案在各种正常运行工况下的通航水流条件,对船闸布置方案进行了优化,最终提出了满足通航要求的船闸布置方案,可供同类工程设计参考。     

五里亭船闸下游引航道综合整治

以五里亭船闸下游引航道整治措施为例,建立了二维水流数学模型,对岸嘴开挖、隔流墙设置、疏浚、航线调整等措施进行研究,详细阐述了典型引航道水流条件的逐步优选过程,提出了五里亭船闸下游引航道推荐整治方案。通过对方案的逐步优选,得出:① 引航道整治措施优选是多约束条件下的渐进过程,除论证通航可行性外应兼顾发电、行洪可行性,孤立分析通航整治措施可能给出极不合理的工程建议,而这在许多通航论证中常被忽视;② 对于具体工程,引航道隔流墙的长度理论上存在最优值;③ 淹没式长隔流导航墙可满足掩护引航道水流条件的要求,同时也不妨碍电站出力和河道泄洪,是通航水流条件较差船闸引航道整治的有效措施。