波浪驱动推进机构的最优水翼倾角的确定

波浪可以为海上航行器提供运动的能量,实现长时间、大范围的机动运动.一般认为波浪能驱动推进机构的水翼的摆角对推进性能有显著影响.本文提出了一种确定波浪驱动机构最优水翼倾角的方法.基于绝对坐标系和Kane方程建立了通用波浪驱动推进机构的动力学模型,确定了模型中波浪产生的推进力组成,采用"机构冻结"的方法,计算了任意时刻水翼...     

基于深度学习的随船波浪测量技术研究

深海极端波浪环境为浮式海洋平台作业时最为关键的海洋动力环境之一。在其作用下,深海浮式平台的运动、气隙以及结构响应等均为近年来的研究热点。然而,在深海环境中,入射波浪环境往往通过X波段雷达进行测量,仅能获得波浪的短时统计值,极大限制了实海域浮动平台动力响应的研究。目前,尚无成熟的方法能够对海洋浮式平台所处海域的入射波时序进行实时测量。针对深远海半潜式平台的波浪时序随船测量问题,结合平台气隙响应与运动响应数据建立基于深层神经网络的波浪非线性解耦模型,准确估计辐射、绕射波浪以及其非线性成分对时序波浪场的影响。研究显示,基于深度神经网络的波浪时序测量技术可以实现从气隙响应到入射波信息的反推,利用该方法计算得到的波浪时序具有较高的精度。     

基于多平台训练的海洋平台极短期运动预报研究

在风浪流等环境条件的共同作用下,浮式海洋平台会在六自由度方向上进行摇荡运动,进而对海上作业安全构成了严峻的威胁。准确的运动极短期预报,可以作为输入条件,提高运动补偿装置的性能;另一方面也可以提供及时的实时预警信息,指导安全作业。深度学习算法是指模型通过对现有的数据进行学习,在大量的训练后使得其能够提取到数据的特征,进而能够根据输入数据对未来进行预测。通过对若干海洋平台的模型试验数据进行学习,建立了基于长短期记忆神经网络（LSTM）的深度学习模型。模型实现了对未来20~40 s内的垂荡和纵荡运动的精确预报,预报精度总体可达到80%~90%以上,并以此对模型的输入、输出窗口长度以及波浪相位差开展了敏感性研究。通过多平台混合训练得到了输入、输出窗口长度以及波浪相位差三者间的合适比例关系,并以此为基础拓展了预报时间长度,为深度神经网络模型给出了推荐的构型参考。     

考虑二阶波浪荷载效应的海上TLP浮式风机分析

基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。     

基于受力分析的落水人员漂移轨迹预测研究

介绍了一种基于受力分析的预报海上搜救落水人员漂移轨迹的理论方法。对落水人员进行受力分析,得出落水人员在风、波浪、海流作用下的漂移轨迹数学模型,利用龙格库塔数值方法求解漂移轨迹。通过48 h海上仿真人漂移试验进行验证,结果表明:落水人员理论计算漂移轨迹与海上试验实际漂移轨迹吻合良好,说明该理论计算方法可靠。同时,通过理论计算分析了波浪对落水人员漂移轨迹的影响,发现波浪对落水人员漂移轨迹的影响相对较小,但是考虑波浪的情况下更接近实际漂移轨迹,预报精度提高2.86%。     

北部湾年极值波浪与设计波浪估算的研究

本文基于海上与其附近沿岸台站短期观测资料的分析,建立了两种关系:一种是海上的风速与浪之间的关系;另一种是海上与岸站两地风速之间的关系.通过这些关系,用岸站观测的风速资料可以得到海上的年极值波浪.采用 P—Ⅲ型、Gumbel 和 weibull 方法分别估算海上的设计波浪,结果彼此之间有较大的差异。选用柯尔莫哥洛夫(Kolmogoroff)适合度方法检验表明,估算设计波浪的波高用 P—Ⅲ型方法最好,而估算设计波浪的周期用 Weibull 方法最好。     

基于GNSS技术的波浪浮标测波方法研究

波浪是海洋中的重要运动现象,监测波浪的变化并研究其运动规律,对海洋学研究和海洋工程具有重要的意义。目前传统的GNSS (Global Navigation Satellite System)测波方法在实时高精度波浪测量方面存在很大劣势和限制。本文研究了一种基于GNSS技术的实时高精度波浪测量方法,能得到波高、周期等波浪要素信息,并以南海浮标试验实测数据为例进行了处理和分析,验证了该方法的可行性。该方法直接基于广播星历进行GNSS相位观测值历元差分确定浮标速度,无需额外的实时精密差分改正数,从而节省了精密差分改正服务成本与海上通讯成本。该方法适用于近海、远海场景,并且浮标可以使用低成本单频GNSS接收机,得到高精度波浪测量结果,具有较高的实际应用价值。     

随机波浪作用下海洋平台主动控制的时滞补偿研究

基于预测控制理论，研究了适用于海洋平台的时滞补偿控制算法。该方法借助于随机波浪力的近似公式和卡尔曼滤波原理，推导出了随机波浪力向前一步预测公式，同时采用卡尔曼滤波方程，实现了对状态向量向前一步预测。利用随机波浪力及状态向量的实时在线预测公式，推导出最优控制力向前一步预测的表达式。在此基础上，发展了不仅适用于反馈控制系统而且适用于前馈-反馈控制系统的时滞补偿算法。采用一典型海洋平台为数值算例，计算结果表明，该方法在一定时滞范围内对海洋平台主动控制中时滞的补偿效果是显著的。     

一种与采油平台结合的新型波浪发电装置

本文基于前期对振荡浮子式波能发电装置的研究,提出一种与采油平台结合的新型波浪能发电装置,并采用水动力学软件Ansys-AQWA进行数值模拟,计算了不同波况条件下的发电装置受力与运动响应。分析发电装置稳定性和输出功率表明:在振荡浮子与采油平台导管架相结合的状态下,装置运行正常,平台稳定,波能利用率并未受到显著影响,初步验证了设计的可行性。通过频域计算,发现装置发电理想波频区间为1.2~2.0Hz;通过时域计算,发现浮子垂向平均最大位移、最大速度、最大加速度与波浪波高成正相关,垂向平均最大加速度与波浪周期成负相关,垂向平均最大波浪力与波浪周期成正相关,上述成果将为后续研究与试验提供一定的数据支持。     

风机基础TLP平台在波浪中运动性能的CFD数值分析

随着海上风能的开发向深水发展,支撑风机的载体平台越来越受到关注。在经济性与安全性、稳定性的多重要求下,张力腿平台（TLP）在海洋风能资源的开发中体现出了重要地位。采用基于开源平台OpenFOAM开发的计算流体动力学（CFD）水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU对一座处于中等水深下的风机基础水下TLP（STLP）的运动响应进行了数值模拟与研究。文中使用弹簧锚链模型模拟STLP的垂向系泊锁链系统,模拟该平台在不同波浪环境下的运动响应情况。首先将STLP单自由度自由衰减CFD模拟结果与已有全耦合时域分析结果进行对比,验证了naoe-FOAM-SJTU求解器及使用弹簧模型模拟STLP系泊系统的准确性与可靠性。随后在考虑非线性波浪载荷的情况下研究极端海况下与一般作业海况下STLP的运动响应情况,计算工况中的风机基础所受弯矩及锚链受力情况,并详细展示流场、速度场信息,分析高阶波浪成分、不同海况等条件对于STLP运动性能的影响。研究结果表明,TLP在中等水深中具有良好的运动性能,naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟水中生产平台在波浪环境下的水动力问题,并可以对整个流场进行可视化展示与分析。     

新型海上无人平台登临装置研究

本文总结了国内外海上平台登临方式,并设计了一种新型海上无人平台登临装置。这一新装置具有结构简单、占用空间小、系统可靠等优点,本文详细描述了该装置的登临和离开工作流程及控制模式,并针对不同作业阶段设置了不同的控制模式,通过设计安全性仿真实验及实验参数,确保在6级风况下,装置臂展长度需大于1.42 m,以保障人员的安全。同时,本文探讨了该装置的关键技术,如人员姿态识别、船舶运动检测与预测等,这些技术的应用有望提高作业的安全性和效率。未来,新型海上无人平台登临装置的发展趋势将集中在人工智能技术的应用,以进一步提高作业人员的安全,并实现远程操控和设备维护。这一新型智能装备将具备识别、感知和实时监测功能,以应对不断变化的海上工作环境,同时注重信息反馈,以支持后勤维修工作。     

波浪能直接驱动机动浮标的推进机构设计

移动观测平台是海洋环境立体观测系统的重要组成部分。遥控水下机器人(ROV)、自治水下机器人(AUV)等移动平台由于需要支持船只和能源供给的限制,影响了它们长时间和大范围使用。本文利用波浪垂荡运动设计一种新型波浪能驱动的机动浮标,该系统由水上浮体和水下推进机构两部分组成,利用波浪垂荡运动,推动水下推进机构叶片的摆动,引起水下推进机构在水平方向向前的升力,使水下推进机构以及水上浮体实现无外在能源供给的自主运动。本文设计制造了波浪驱动机动浮标的实验样机,并进行了海试。实验表明,在中等海况条件下可以实现机动浮标的无动力前进。该设计为海洋环境调查、海洋生态监测和溢油跟踪等提供了一种有效的移动监测平台。     

基于连杆机构综合的水下仿生推进装置设计

海洋动物在长期的进化过程中形成了高超的游泳能力,科学家和工程师希望通过对海洋动物的运动机理分析研发新型的高性能仿生推进装置。本文利用海龟扑翼运动的机理,设计一种基于四杆机构的仿海龟推进装置,并进行了运动分析。通过对海龟的扑翼运动进行分析,获取了海龟水翼在游动过程中的运动规律;运用机构综合的轨迹创成和刚体导引方法,设计了四连杆机构,使固连在连杆上的翼片能够近似实现海龟水翼的运动轨迹和姿态。文中计算了该机构的运动轨迹、姿态和角速度等运动参数,进行了机构的运动学仿真,该研究对于仿海龟推进装置设计和分析有借鉴意义。     

一种新概念潜浮平台操纵性仿真研究

新概念潜浮平台是一种全新的船型,在建造实船之前对其操纵性能进行全面评估非常重要.首先在模型操纵性试验和理论分析的基础上建立考虑波浪干扰力和力矩作用的平台操纵运动数学模型,并用Simulink建立图形化的动力学仿真程序.基于该程序对水面和水下各种操纵情况进行仿真和分析,并就平台在波浪中的操纵性进行研究.仿真结果表明该平台具有良好的操纵性能,从而验证了设计,并为今后运动控制系统的设计提供了一个验证平台.     

波浪滑翔机推进装置翼片的启动阶段水动力学分析

波浪滑翔机直接利用波浪能实现大范围长距离的机动运动观测,在海洋环境观测中可以发挥重要的作用。本文对波浪滑翔机推进装置在启动阶段的翼片的水动力学行为进行了研究。以波浪滑翔机水下推进装置的翼片为研究对象,运用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),对给定垂荡和摆动运动的翼片水动力学进行了水动力分析和仿真,模拟了单个翼片、纵向阵列多翼片的运动状况,得到推进装置翼片附近的压力分布和整体推进动力,分析翼片间距变化在启动阶段对推进力的影响作用。通过该研究工作为深入理解波浪滑翔机推进装置工作状态提供了理论依据。     

关于海上钻井装置使用要求的研讨

本文根据作者参加我国第一艘自行设计建造的半潜式钻井平台“勘探三号”的设计、建造、使用过程中的一些认识,讨论了钻井作业与钻井装置的总体布置、装载能力、运动性能等方面对钻井作业的影响,从使用角度提出了海上钻井装置设计中应满足的要求.文章中提供了一些“勘探三号”设计的实践资料和数据,可供有关设计研究人员讨论参考.     

海洋平台浮托安装的数值实验研究

相较于传统的吊装法,浮托安装法是目前一种比较安全、经济、可靠的大型组块海上安装方法。本文对某平台上部组块的海上浮托安装进行了数值模拟,应用ANSYS-AQWA软件建立上部组块-驳船-系泊系统模型,在时域内对模型就位状态下的运动响应进行了耦合动力分析。重点研究了不同波浪工况下上部组块-驳船-系泊系统模型关键点的运动以及系泊张力的变化情况。研究结果对实际工程中应用浮托安装法施工具有重要的参考意义。     

具有运动补偿高精度海洋气象多参数模拟仪的研制

针对船舶气象仪的综合检查过程中检测周期长、人工排查效率低以及传统的自动气象站传感器信号模拟器的模拟精度低,没有相关运动补偿算法导致此类系统不适应海洋船舶应用环境的问题,对气象要素传感器的高精度信号采样电路、信号输出、软件滤波和运动补偿等方面进行了研究。通过分析传感器和船舶气象仪的原理,设计了各个气象参数的采样电路、信号模拟电路、触摸屏、GPS和电子罗盘采样与模拟电路,并在近海测试过程中进行了运动补偿模型测试,并基于STM32微控制器进行了该仪器的系统检测实验。研究测试结果表明：该系统具有低功耗、高可靠性、高精度的特点,能应用于海上环境,同时具有对船舶实时定位、气象要素实时模拟和采集、运动补偿多项功能。并且本系统精度在运动补偿后,系统测量方差为0.019 3 m/s,精度提高至接近真实值,均符合《海洋调查规范第3部分：海洋气象观测》的标准。     

全站仪的补偿与改正研究

为提高全站仪的测量精度,分析研究了全站仪的补偿与改正方法。基于全站仪三轴误差对角度测量的影响规律和双轴补偿器的工作原理,着重探讨了正确使用补偿装置对全站仪进行水平度盘和垂直度盘读数的补偿与改正。     

一种新型单向步进传动棘爪的改进设计

介绍了一种新型的基于离合方式工作的、能够进行单向传动的棘爪机构,阐述了改进前后棘爪结构的不同之处,并详细介绍了该棘爪机构如何带动测量平台在水下垂直方向运动。该机械装置具有结构简单、工作可靠、易于加工、成本低廉外的特点,由棘爪机构等部件组成的测量平台在上浮下潜工作过程中不需要系统自身电能进行驱动,很好地解决了海上测量中的能量供应问题。可以应用到其他需要单方向传动的方面。