目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 船舶進(jìn)出船廂限制水域背景 2
1.3 船舶水動力學(xué)現(xiàn)狀 3
1.4 船舶牽引技術(shù)現(xiàn)狀 3
1.5 船舶智能助航技術(shù)現(xiàn)狀 4
1.6 典型限制水域 5
1.6.1 三峽升船機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 5
1.6.2 三峽升船機(jī)船舶通航情況 6
1.6.3 三峽升船機(jī)過廂典型船型選擇 7
參考文獻(xiàn) 9
第2章 船舶進(jìn)出升船機(jī)船廂限制水域水動力特征 10
2.1 引言 10
2.2 船舶進(jìn)出船廂限制水域水動力典型物理現(xiàn)象 10
2.2.1 淺水效應(yīng) 10
2.2.2 岸壁效應(yīng) 11
2.2.3 高跌差水位波動效應(yīng) 13
2.2.4 盲腸航道效應(yīng) 14
2.2.5 船間效應(yīng) 15
2.3 船舶進(jìn)出船廂限制水域典型非線性運(yùn)動 16
2.3.1 引航道船舶進(jìn)廂 18
2.3.2 船廂內(nèi)船舶傍靠 19
2.3.3 盲腸航道船舶系泊 19
2.3.4 引航道限制水域雙船組合船舶機(jī)械牽引/電動助推 21
2.4 小結(jié) 22
參考文獻(xiàn) 22
第3章 船舶進(jìn)出船廂限制水域的水動力數(shù)學(xué)模型與數(shù)值方法 24
3.1 引言 24
3.2 船舶進(jìn)出船廂限制水域數(shù)學(xué)建模 25
3.2.1 直接數(shù)值模擬流體控制方程 26
3.2.2 大渦模擬流體控制方程 26
3.2.3 雷諾平均Navier-Stokes流體控制方程 26
3.2.4 壁面函數(shù)模型 29
3.2.5 六自由度運(yùn)動的重疊網(wǎng)格技術(shù) 30
3.2.6 分區(qū)分域RANS-DNS/LES-RANS切換雙數(shù)學(xué)模型 32
3.3 基于分區(qū)徑向基函數(shù)的多重網(wǎng)格迭代加速技術(shù) 33
3.3.1 分區(qū)徑向基函數(shù) 34
3.3.2 應(yīng)用算例驗(yàn)證 36
3.3.3 多重網(wǎng)格迭代加速技術(shù) 40
3.3.4 收斂重構(gòu)判定準(zhǔn)則 41
3.3.5 特征識別監(jiān)測判定準(zhǔn)則 42
3.4 數(shù)值模擬與標(biāo)模試驗(yàn)比較 43
3.4.1 船舶靜水中摩擦阻力預(yù)報 43
3.4.2 船舶波浪中運(yùn)動響應(yīng)預(yù)報 45
3.4.3 船舶靜水中自由橫搖衰減運(yùn)動預(yù)報 46
3.4.4 船舶淺水阻力預(yù)報 47
3.4.5 岸壁阻塞效應(yīng)對船舶運(yùn)動響應(yīng)的影響 48
3.5 牽引條件下船舶受力建模 52
3.5.1 高跌差水位波動下船舶受力模型 52
3.5.2 船舶系纜張力模型 54
3.6 小結(jié) 59
參考文獻(xiàn) 60
第4章 高跌差物模試驗(yàn)與數(shù)值模擬 61
4.1 引言 61
4.2 小水池高跌差水位波動試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c數(shù)值模擬 61
4.2.1 引航道高跌差等效物理模型和數(shù)學(xué)模型 61
4.2.2 標(biāo)模高跌差試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c數(shù)值模擬 62
4.3 高跌差試驗(yàn)?zāi)Ｐ?64
4.3.1 小水池高跌差試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 65
4.3.2 小水池高跌差下方柱系泊試驗(yàn)與數(shù)值模擬 66
4.3.3 大水池高跌差試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 68
4.4 小結(jié) 71
參考文獻(xiàn) 71
第5章 復(fù)雜水動力環(huán)境下長航槽雙船組合水動力及智能助推系統(tǒng) 73
5.1 引言 73
5.2 長航槽雙船組合研究背景及意義 74
5.3 復(fù)雜水動力環(huán)境下長航槽雙船組合水動力特征 75
5.4 長航槽雙船組合船舶水動力物理模型與數(shù)學(xué)模型 76
5.5 應(yīng)用場景：長航槽雙船組合電動助推示范模型試驗(yàn)設(shè)計(jì) 78
5.6 小結(jié) 79
參考文獻(xiàn) 82
第6章 基于聚合模型的船舶進(jìn)出船廂響應(yīng)快速預(yù)報 83
6.1 引言 83
6.2 基于遺傳優(yōu)化算法的近似聚合模型 85
6.2.1 單一機(jī)器學(xué)習(xí)模型 85
6.2.2 模型評估準(zhǔn)則與指標(biāo) 87
6.2.3 交叉驗(yàn)證 88
6.2.4 遺傳優(yōu)化算法 88
6.3 聚合模型應(yīng)用與驗(yàn)證 90
6.3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 90
6.3.2 波浪中船舶橫搖運(yùn)動響應(yīng)快速預(yù)報 92
6.3.3 高跌差水位波動快速預(yù)報 94
6.4 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第7章 船舶進(jìn)出船廂牽引技術(shù) 97
7.1 引言 97
7.2 船舶進(jìn)出船廂受力分析 97
7.2.1 升船機(jī)航道船舶阻力計(jì)算 98
7.2.2 船模橫向力分析 100
7.2.3 實(shí)船受力換算 101
7.3 兩船相對運(yùn)動受力分析 105
7.3.1 計(jì)算工況及船型參數(shù) 105
7.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析 106
7.4 升船機(jī)牽引系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 109
7.4.1 軌道小車牽引方案設(shè)計(jì) 110
7.4.2 電動推輪牽引方案設(shè)計(jì) 115
7.4.3 牽引系統(tǒng)效能分析 119
7.5 小結(jié) 120
參考文獻(xiàn) 121
第8章 船舶進(jìn)出船廂航行決策技術(shù) 122
8.1 引言 122
8.2 船舶進(jìn)出船廂自主航行循跡方法與操縱流程 122
8.2.1 船舶自主進(jìn)出船廂運(yùn)動特征分析 122
8.2.2 進(jìn)出船廂自主航行循跡與糾偏方法 125
8.2.3 進(jìn)出船廂安全操縱流程 131
8.3 典型船舶進(jìn)出船廂運(yùn)動模型建立與分析 133
8.3.1 船型變航速建模仿真 133
8.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析 137
8.3.3 進(jìn)出船廂航行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的構(gòu)建 139
8.4 進(jìn)出船廂安全航行智能決策思路與實(shí)現(xiàn) 140
8.4.1 進(jìn)出船廂智能決策的基本思路 140
8.4.2 智能決策算法與實(shí)現(xiàn) 141
8.4.3 船舶進(jìn)出船廂效率優(yōu)化方法 145
8.5 小結(jié) 146
參考文獻(xiàn) 146
第9章 船舶進(jìn)出船廂運(yùn)動狀態(tài)感知技術(shù) 148
9.1 引言 148
9.2 船舶運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) 149
9.2.1 基于海事雷達(dá)與毫米波雷達(dá)的船舶運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測 149
9.2.2 基于船舶自動識別系統(tǒng)的船舶運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測 151
9.2.3 基于激光雷達(dá)的船舶運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測 153
9.2.4 基于視覺的船舶運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測 165
9.3 船舶進(jìn)出船廂多源感知數(shù)據(jù)融合技術(shù) 171
9.3.1 升船機(jī)水域多源感知數(shù)據(jù)融合 172
9.3.2 遠(yuǎn)距離水域外多源感知數(shù)據(jù)融合 175
9.4 小結(jié) 179
參考文獻(xiàn) 179
第10章 船舶進(jìn)出船廂智能助航關(guān)鍵技術(shù) 180
10.1 引言 180
10.2 船舶進(jìn)出船廂風(fēng)險模型 180
10.2.1 船舶超速風(fēng)險模型 180
10.2.2 船舶偏航風(fēng)險模型 181
10.2.3 船舶越界風(fēng)險模型 182
10.2.4 船舶碰撞風(fēng)險模型 183
10.3 船舶進(jìn)出船廂智能助航服務(wù)系統(tǒng) 187
10.3.1 系統(tǒng)功能分析 187
10.3.2 系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì) 188
10.3.3 系統(tǒng)組成 189
10.4 小結(jié) 194
參考文獻(xiàn) 194
第11章 總結(jié)與展望 195