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船海工程 2007年第4期36卷 34-37页

作者：付丽坤蒋志鹏上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030

基于ITTC推荐的参数横摇运动方程,采用估算方法确定方程中的阻尼系数和复原力矩系数,数值模拟出船舶在规则波中的参数横摇情况,将上述方法具体应用于一艘滚装船船模的参数横摇预报,并与试验数据进行对比,验证了所采用方法的有效性。

关键词：参数横摇数值模拟纵向规则波

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利用双水舱减摇系统预防船舶参数横摇研究

海洋工程 2010年第3期28卷 97-101页

作者：金鸿章张宏瀚哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 船舶控制工程教育部工程研究中心黑龙江哈尔滨150001

在研究船舶参数横摇的产生原因和发生条件的基础上,结合减摇水舱对于船舶的作用效果研究,根据参数横摇的特点,提出利用由两个不同结构的被动式U型减摇水舱组成的双水舱系统来避免船舶参数横摇的发生。在所建立的船舶—双水舱系统模型的... 详细信息

在研究船舶参数横摇的产生原因和发生条件的基础上,结合减摇水舱对于船舶的作用效果研究,根据参数横摇的特点,提出利用由两个不同结构的被动式U型减摇水舱组成的双水舱系统来避免船舶参数横摇的发生。在所建立的船舶—双水舱系统模型的基础上,介绍双水舱系统的设计方法,并以一艘集装箱船为例,仿真研究在参数横摇发生条件下双水舱系统对参数横摇的影响。同时还对双水舱系统在船舶正常航行时的减摇效果进行仿真研究。

关键词：参数横摇减摇水舱双水舱系统船舶运动运动模型

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船型参数对参数横摇薄弱性衡准的影响

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2019年第1期43卷 16-19页

作者：马坤刘旭梅树猛大连理工大学船舶工程学院大连116024

参数横摇是第二代完整稳性衡准五大失效模式之一.为了研究新衡准对船舶设计带来的影响,选择了渔政船,渔船,集装箱船,散货船四种类型共六种母型船,在每种母型船的基础上,利用CAESES软件改变其垂线间长、型宽、型深和水线面系数等船型参... 详细信息

参数横摇是第二代完整稳性衡准五大失效模式之一.为了研究新衡准对船舶设计带来的影响,选择了渔政船,渔船,集装箱船,散货船四种类型共六种母型船,在每种母型船的基础上,利用CAESES软件改变其垂线间长、型宽、型深和水线面系数等船型参数进行系列变形,生成136艘新船型,分别进行参数横摇薄弱性衡准计算,得到船型参数对参数横摇薄弱性影响的规律,为新船型开发设计提供理论依据.

关键词：参数横摇薄弱性衡准船型参数敏感性分析船型变换

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船型参数对参数横摇薄弱性的影响分析

船型参数对参数横摇薄弱性的影响分析

作者：刘旭大连理工大学

学位级别：硕士

近些年来许多满足完整稳性衡准的船舶在航行时发生事故,引起国际海事组织的关注,为此国际海事组织和各国组织一直在致力于第二代完整稳性衡准的制定。考虑五种失效模式,基于其中之一的参数横摇进行研究,对其薄弱性衡准及对船型的设计影... 详细信息

近些年来许多满足完整稳性衡准的船舶在航行时发生事故,引起国际海事组织的关注,为此国际海事组织和各国组织一直在致力于第二代完整稳性衡准的制定。考虑五种失效模式,基于其中之一的参数横摇进行研究,对其薄弱性衡准及对船型的设计影响,主要工作如下:(1)研究参数横摇薄弱性衡准草案的发展动态,对渔政船、渔船、集装箱船和散货船这4种类型共6艘母型船,分别对船型主要参数进行变化产生新的系列船型共216艘得到新的系列船型,用于薄弱性衡准计算,并与国内研究所软件计算结果进行交叉验证,验证船型变换所得系列船型的可靠性,参数横摇衡准计算结果的一致性;(2)基于系列船型的计算结果,对影响船舶参数横摇薄弱性的船型种类、船型参数(垂线间长、型宽、型深、浮心垂向坐标、方形系数、水线面系数、舭龙骨面积)和载况影响因素(吃水、重心高度)进行评估,对薄弱性第一层、第二层衡准的影响规律的一致性进行分析,得到船型参数和载况影响因素对参数横摇薄弱性第一层、第二层的敏感性排序;(3)以C11集装箱船系列船型为例,进行参数横摇薄弱性衡准计算,根据船型参数对其参数横摇薄弱性的影响,提出改善其参数横摇薄弱性的措施与建议,降低重心高度,增加船宽、舭龙骨面积,能够改善船舶的参数横摇薄弱性。改变浮心垂向坐标、水线面系数、方形系数等,对参数横摇薄弱性几乎没有影响。通过对系列船型进行参数横摇薄弱性评估,本文进一步阐述了船型参数对参数横摇的影响分析,从设计角度研究提高船舶安全性的措施。

关键词：第二代完整稳性参数横摇船型变换样船计算安全建议

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内倾船参数横摇粘性数值模拟及水舱减摇研究

内倾船参数横摇粘性数值模拟及水舱减摇研究

作者：周天骄武汉理工大学

学位级别：硕士

为追求良好的隐身性能,内倾船在水线以上采用向内倾斜的舷墙、上层建筑以及穿浪艏等设计,导致内倾船存在波浪中的稳性问题:随浪中,由于水线面面积较小,导致回复力矩不足从而出现横甩及纯稳性丧失等问题;横浪中,舷墙及上层建筑内倾容易... 详细信息

为追求良好的隐身性能,内倾船在水线以上采用向内倾斜的舷墙、上层建筑以及穿浪艏等设计,导致内倾船存在波浪中的稳性问题:随浪中,由于水线面面积较小,导致回复力矩不足从而出现横甩及纯稳性丧失等问题;横浪中,舷墙及上层建筑内倾容易导致出现横倾后难以回复平衡位置;迎浪中,船波相对位置的变化引起回复力臂产生周期性变化,发生参数横摇现象。向后倾斜的穿浪艏、低干舷、无舷墙的船型设计导致极易出现甲板上浪的情况,不仅对上层建筑、甲板设备造成损毁,同时也严重影响了船舶稳性,从而使内倾船运动具有强非线性。本文针对DTMB 5613型内倾船,基于粘性CFD软件STAR-CCM+,采用重叠网格方法,对内倾船的参数横摇现象及发生参数横摇时可能伴随发生的甲板上浪进行数值模拟分析,了解内倾船发生参数横摇的外部条件以及内倾船独特船型设计导致的甲板上浪产生的影响,并对参数横摇的规避措施进行探讨。通过对内倾船迎浪中的参数横摇现象模拟,研究了初始扰动、航速、波陡条件对参数横摇现象的影响。得出结论:适当增加初始扰动会明显缩短参数横摇发生的时间,且只会对稳定前的过渡阶段存在影响,对是否发生参数横摇以及发生参数横摇的稳定横摇幅值并无影响;内倾船只有在满足一定遭遇频率比值、波长、波高的前提下才会发生参数横摇现象,且相较于集装箱船等其它存在参数横摇隐患的船型,内倾船发生参数横摇的遭遇频率区间较小,这是由于内倾船水线面变化程度相对缓和的缘故;内倾船发生参数横摇的稳定横摇幅值与波陡并非呈正相关,原因在于大波陡情况下,伴随参数横摇,内倾船同样出现了甲板上浪现象,始终有相当体积积水存留在甲板上,这部分积水一定程度上增加了船舶的横摇阻尼,改变了船舶的横摇固有周期,使内倾船远离发生参数横摇的频率区间。基于对马蒂厄方程的理解,以及甲板上浪对参数横摇现象的抑制作用,讨论利用内倾船现有水舱进行参数横摇现象规避的可能性,并与安装舭龙骨模型进行减摇效果对比。结果表明,增加舭龙骨能够延缓参数横摇发生时间,降低稳定横摇幅值,并不能完全避免参数横摇的发生;通过合理设置水舱内水量,能够完全避免参数横摇现象,其原理在于改变了船舶的横摇固有周期,使内倾船远离发生参数横摇的遭遇频率区间,为抑制参数横摇现象提供了一种有效思路。

关键词：内倾船横摇阻尼数值水池参数横摇甲板上浪

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船舶参数横摇衡准技术研究

船舶参数横摇衡准技术研究

作者：卜淑霞中国舰船研究院

学位级别：硕士

随着运输船舶不断向大型化、高性能化和高技术化方向发展，船舶的完整稳性受到越来越多的关注。目前国际海事组织IMO正在制定第二代完整稳性衡准，它包括五种稳性失效模式，参数横摇是其中一种重要的失效模式。参数横摇的稳性衡准主要... 详细信息

随着运输船舶不断向大型化、高性能化和高技术化方向发展，船舶的完整稳性受到越来越多的关注。目前国际海事组织IMO正在制定第二代完整稳性衡准，它包括五种稳性失效模式，参数横摇是其中一种重要的失效模式。参数横摇的稳性衡准主要包括薄弱性衡准和稳性直接评估，基于目前IMO中有关参数横摇稳性衡准的方案，论文主要包括以下方面：（1）参数横摇薄弱性衡准：目前IMO薄弱性衡准草案中提出了不同的求解横摇响应的方法。本文首先根据目前的衡准方案编制薄弱性衡准的计算程序，分别采用数值瞬态解法和解析稳定解法求解横摇响应;然后以国际标准模型C11集装箱船为研究对象，验证两种方法求解横摇响应的有效性及薄弱性衡准计算程序的可靠性。（2）稳性直接评估：目前IMO还未形成稳性直接评估的草案，本文选取较为合理的数学模型进行了初步研究。以C11集装箱船为研究对象，首先根据开发的程序证明辐射力和绕射力与横摇角度是非线性的关系，且对横摇幅值有影响;其次通过两种方式计算波浪中的GZ曲线，第一种是只考虑瞬时Froude-Krylov力，第二种是同时考虑Froude-Krylov力、辐射力和绕射力，证明在横摇幅值的求解中要动态考虑非线性的辐射力和绕射力。（3）样船计算：目前IMO薄弱性衡准草案中衡准值还未确定，且参数横摇各层衡准要满足精度层层递进的要求。本文首先以C11集装箱船为例详细介绍了参数横摇稳性衡准的计算过程;其次选取不同的集装箱船进行样船计算，研究了目前衡准方法的适用性和合理性，并且给出了薄弱性衡准值的选取建议。（4）模型试验：参数横摇衡准判定的结果要与试验结果一致。本文选取C11集装箱船进行模型试验，首先通过自由衰减试验得到了不同航速下的横摇阻尼;其次得到了不同工况下的运动曲线，为本文的研究提供数据支撑。（5）横摇阻尼：横摇阻尼是影响参数横摇的重要因素。目前的评估主要基于经验公式和试验数据，本文主要基于CFD数值水池技术，利用正交设计和方差分析研究了不同参数对横摇阻尼的影响，初步探索CFD计算横摇阻尼的可行性。

关键词：第二代完整稳性衡准参数横摇薄弱性衡准稳性直接评估强制横摇

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船舶参数横摇分析与抑制措施研究

船舶参数横摇分析与抑制措施研究

作者：姜荃华哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

船舶在水中航行时,不可避免的会受到风浪流等外部参数激励的共同作用,极易发生大角度横摇的现象,严重的甚至会导致船舶倾覆。本文主要是以C11集装箱船为研究对象,运用非线性理论分析船舶在波浪中航行时发生的大角度参数横摇现象。针对... 详细信息

船舶在水中航行时,不可避免的会受到风浪流等外部参数激励的共同作用,极易发生大角度横摇的现象,严重的甚至会导致船舶倾覆。本文主要是以C11集装箱船为研究对象,运用非线性理论分析船舶在波浪中航行时发生的大角度参数横摇现象。针对船舶发生的大角度参数横摇现象,通过设计U型被动式减摇水舱抑制参数横摇现象。本文主要研究的是船舶在纵浪中,在不同的波高和遭遇频率情况下,船舶的横摇运动情况。根据参数振动的相关理论,在Mathieu方程的基础上,对船舶横摇回复力项进行非线性展开,研究船舶横摇运动。先对船舶的单自由度横摇运动研究,在单自由度的基础上,对船舶三自由度(垂荡、横摇、纵摇)耦合运动情况进行研究,并对船舶三自由度运动进行数值模拟,然后与实验结果进行比较,对船舶发生的大角度横摇现象进行分析。由于船舶发生参数横摇属于大角度横摇,线性理论已不适用于计算船舶大倾角稳性了,所以本文主要采用非线性理论。船舶在波浪中航行时,由于船舶与波浪相对位置的不断变化,导致船舶瞬时湿表面积的不断变化,船舶的回复力也一直在不断变化。本文中对船舶回复力项进行三阶泰勒展开,将回复力项表示为横摇角与时间的函数。通过查找相关文献,求解得到相关水动力系数的表达式。根据经验公式以及表达式,采用编程与软件相结合的方法对相关水动力系数的求解。求得相关的水动力系数之后,将其带入到三自由度耦合的运动方程中。根据耦合方程对三自由度运动进行数值模拟,然后与实验值进行比较。针对船舶在波浪中航行时发生的大角度横摇现象,在船舶上安装减摇水舱对船舶横摇运动进行抑制。在设计减摇水舱时,要综合考虑多方面的因素。本文根据C11集装箱船的相关参数进行减摇水舱的结构设计,通过对比安装减摇水舱前后横摇的有义幅值,来确定水舱的减摇效率。在单水舱的基础上,进行双水舱的设计,然后对单、双水舱的减摇效果进行对比分析,发现双水舱的减摇效果要好于单水舱的减摇效果。此外,双水舱在抵抗船舶纵摇运动方面起到良好的作用。

关键词：参数横摇非线性减摇水舱

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纵向规则波中参数横摇的数值模拟

纵向规则波中参数横摇的数值模拟

作者：付丽坤上海交通大学

学位级别：硕士

参数横摇是阻尼较小的船在顶浪和接近顶浪的情况下,遭遇到一定频率的波浪时,伴随着显著的纵摇、升沉运动在短时间内产生很大横摇角的现象。研究参数横摇的基础是马休（Mathieu）方程,在此基础之上,目前已有多种参数横摇的数学模型,均可... 详细信息

参数横摇是阻尼较小的船在顶浪和接近顶浪的情况下,遭遇到一定频率的波浪时,伴随着显著的纵摇、升沉运动在短时间内产生很大横摇角的现象。研究参数横摇的基础是马休（Mathieu）方程,在此基础之上,目前已有多种参数横摇的数学模型,均可有效模拟参数横摇幅值。本文介绍了参数横摇的原理和几种经典的数学模型,并在ITTC推荐的参数横摇运动方程基础上,针对纵向规则波中的参数横摇现象,运用经验公式和快速模拟方法确定横摇阻尼以及横稳性高变化,数值求解横摇运动微分方程,预报出参数横摇的发生以及幅值。本文将上述方法具体应用于两个实例:1)意大利INSEAN船模实验室完成的滚装船参数横摇的船模试验;2)上海交通大学船模拖曳水池完成的集装箱船参数横摇的模型试验。将数值模拟结果与试验结果进行比较,验证了本文所提方法的有效性。

关键词：参数横摇数值模拟

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综合考虑参数横摇和阻力的集装箱船型线优化

综合考虑参数横摇和阻力的集装箱船型线优化

作者：付应涛大连理工大学

学位级别：硕士

作为海洋运输的三大主力船型之一,集装箱船在船舶航运业扮演着至关重要的角色,然而集装箱船易受参数横摇稳性失效模式的影响,未来将要实行的第二代完整稳性衡准必将对集装箱船的设计方法产生重大影响。本文基于船体型线优化软件CAESES... 详细信息

作为海洋运输的三大主力船型之一,集装箱船在船舶航运业扮演着至关重要的角色,然而集装箱船易受参数横摇稳性失效模式的影响,未来将要实行的第二代完整稳性衡准必将对集装箱船的设计方法产生重大影响。本文基于船体型线优化软件CAESES和计算流体力学软件SHIPFLOW对船体进行变形使其满足参数横摇稳性要求,然后对满足参数横摇稳性要求的新的船体型线进行阻力优化。本文的主要工作内容为:(1)阐述第二代完整稳性中参数横摇发生机理及第一层、第二层薄弱性衡准草案计算方法;(2)阐述船体变形原理,探究船体型线变换对参数横摇薄弱性的影响趋势,对水线以上前体部分的船体曲面进行变换,得到可改善船体参数横摇稳性性能的船型;(3)对母型船进行阻力优化,分别用手动列举和软件内置算法的方式探究球艏前端点高度、球艏长度及前体水线面对船体阻力的影响趋势:当单独改变球艏长度或前端点高度和前体水线面形状这其中某一参数时,在一定范围内,球艏伸长,球艏前端点高度增加、前体水线面形状更加饱满对减阻有利;当综合考虑球艏和前端点高度时,对减阻最有利的方案并不是只考虑单一参数的最优方案的叠加;(4)对船体进行系列变形并得到满足参数横摇稳性校核的新船型,再此基础上再对改船型的型线进行阻力优化,得到阻力最优曲面,最后对此阻力最优曲面再次进行参数横摇稳性校核,得到同时满足参数横摇稳性衡准要求的阻力最优船体型线。

关键词：参数横摇兴波阻力型线优化集装箱船

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船舶参数横摇鳍桨联合神经网络逆控制

船舶参数横摇鳍桨联合神经网络逆控制

作者：徐涛大连海事大学

学位级别：硕士

参数横摇是船舶纵浪或接近纵浪航行时,遭受到海浪等外部激励作用而引发的横摇运动共振现象,且横摇角的幅值增加很迅速,严重时会导致船舶倾覆。参数横摇抑制方法主要分为两种:一是改变航向或航速,规避参数横摇的发生,二是利用传统减摇装... 详细信息

参数横摇是船舶纵浪或接近纵浪航行时,遭受到海浪等外部激励作用而引发的横摇运动共振现象,且横摇角的幅值增加很迅速,严重时会导致船舶倾覆。参数横摇抑制方法主要分为两种:一是改变航向或航速,规避参数横摇的发生,二是利用传统减摇装置减摇。本文研究的重点为构建参数横摇鳍桨联合非线性模型,以及鳍桨联合神经网络逆控制系统的设计,主要研究内容如下:首先分析了船舶参数横摇的原因与条件,基于Neves与Rodriguez提出的非线性三自由度(横摇、纵摇、垂荡)参数横摇模型,以某C-11集装箱船为例,通过仿真实验研究了规则海浪波中船舶遭遇频率与波高对参数横摇的影响效果,验证了参数横摇产生需要的条件。引入船舶纵荡自由度,并对船舶减摇鳍和螺旋桨建模,建立了四自由度船舶参数横摇运动模型,为进一步提出鳍桨联合抑制参数横摇的方案做准备。然后,针对鳍桨联合参数横摇抑制系统具有的多变量、非线性、强耦合等特性,采取逆控制方法实现系统的线性化与解耦,由于直接求取逆系统的解析表达式十分困难,因此利用神经网络的学习和函数逼近能力,构建神经网络逆系统,接下来重点研究鳍桨联合系统神经网络逆控制器设计:(1)先进行鳍桨联合参数横摇系统的可逆性分析,然后设计BP神经网络的结构,经过训练得到精度最高BP神经网络逆系统,将其与原系统级联构成参数横摇鳍桨联合伪线性复合系统,并设计了线性附加减摇鳍和螺旋桨PID控制器,完成了闭环反馈控制。(2)针对BP神经网络构建逆系统时,改变BP神经网络的结构对训练精度的提升不大的问题,且层数比较多的网络模型在训练时会引发梯度消失和爆炸现象,基于LSTM神经网络原理,建立了LSTM神经网络鳍桨联合伪线性复合系统,有效地提高了神经网络逆系统的精度,并选用同样的附加PID控制器实现闭环控制,进行仿真实验对比,结果表明LSTM神经网络逆控制的减摇率更高,对航速的调节更快更稳定。(3)针对附加PID控制存在的参数整定困难与鲁棒性较差的问题,进一步提出LSTM神经网络逆附加内模控制,基于改进的二自由度内模控制原理,根据解耦后横摇和船速子系统的特点,分别设计减摇鳍与螺旋桨附加二自由度内模控制器,进一步提高系统的动态性能和抗干扰性,经过不同海况下的仿真实验,表明所设计的附加内模控制表现出了比附加PID控制更强的鲁棒性,在不改变控制器参数的前提下,附加内模控制能够更快跟踪期望航速,减摇率也更高。(4)针对在航速控制达到稳定后出现了小幅度波动的问题,考虑到船舶处于纵浪航行状态时海浪的外部干扰阻力影响最大,构建非线性干扰观测器,对外部海浪扰动估计并进行补偿,进而提高控制的性能,仿真实验结果表明引入干扰观测器后航速输出曲线更加平滑。综上所述,本文构建了四自由度船舶参数横摇运动模型,对船舶参数横摇鳍浆联合神经网络逆控制进行研究。在BP神经网络构建的参数横摇鳍浆联合逆系统的基础上,提出LSTM神经网络来改善神经网络逆系统的精度;提出神经网络逆附加内模控制来解决控制器参数整定困难与鲁棒性较差的问题;并引入干扰观测器解决了海浪干扰对航速控制的影响。一步步地实现了控制优化,提高了系统的减摇率,最终使得船舶能够快速地抑制参数横摇,同时保证航速的控制精度。

关键词：参数横摇鳍桨联合神经网络逆控制内模控制干扰观测器