摘要：海洋环境复杂多变,为提升欠驱动无人船(underactuated marine vehicle,UMV)的自主航行与故障应对能力,提出基于有限时间正切漂角视线制导的指令滤波路径跟踪控制策略.在包括内部动力学未知、时变大漂角和执行器故障的复杂情况下,该策略可使UMV在有限时间内遵循所需的路径.首先,构建有限时间漂角观测器,用于快速精准地估计时变大漂角;随后,引入有限时间正切漂角视线制导律,不仅能提升制导性能,还能有效避免因非光滑制导指令产生高频震荡导致UMV失稳;此外,通过采用有限时间指令滤波控制技术降低计算负担,并提出滤波补偿方案减少滤波误差;最后,基于径向基函数神经网络和有限时间理论,设计自适应有限时间容错路径跟踪控制器,使得UMV的纵向速度和艏向角跟踪误差在有限时间内能够收敛到原点附近的小邻域.仿真实验验证了所提出方案的有效性和优越性.

摘要：水润滑尾轴承在低速和重载工况条件下容易产生严重磨损与表面微缺陷。通过使用自修复微胶囊作为填料,赋予复合材料内部微缺陷的自修复能力,可以改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)水润滑尾轴承的使役性能。联用Pickering法与原位聚合法来制备含有活性异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)的自修复微胶囊,以硅烷交联改性UHMWPE来制备含自修复微胶囊的UHMWPE复合材料,探究不同的自修复微胶囊添加量对复合材料的机械性能、摩擦学性能及自修复性能的影响。测试结果表明:微胶囊的加入降低了复合材料的机械性能和摩擦学性能,微胶囊含量越高这2种性能下降越多。与此同时随着微胶囊含量的提升,复合材料自修复性能越好。综合考虑自修复微胶囊含量对复合材料的这3种性能的影响,当微胶囊含量达到10%时复合材料的综合性能达到最佳,为设计优异使役性能的新型水润滑轴承材料提供了参考。

摘要：近年来全球变暖的加剧使得北极航道的开放更具可行性,为分析极地船舶航行过程中的冰载荷及船体结构响应特性,本文针对船体舷侧结构与浮冰场多次碰撞的场景开展数值仿真研究。参考现阶段浮冰观测统计经验,建立船体舷侧结构-浮冰场相互作用有限元数值模型,在不同碰撞角度与不同浮冰密集度下开展仿真计算,分析船冰连续多次碰撞过程中碰撞力、能量及响应数据,研究碰撞角度和浮冰场密集度对浮冰载荷及船体舷侧结构响应特性的影响规律。结果表明,船冰多次相互作用下的结构响应规律与船冰单次作用存在一定差异,碰撞角度与浮冰场密集度参数对船冰碰撞力与船体舷侧结构响应特征影响呈现出一定的规律。本文研究内容对极地航行船舶舷侧结构的安全性设计具有参考价值。

摘要：针对跟踪路径复杂、立体空间运动、模型参数动态变化、风浪流扰动下的多无人潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)协同路径跟踪问题开展研究.首先,针对UUV跟踪复杂路径情形设计自适应前视距离策略,使得UUV可以更好地跟踪复杂水下路径;其次,针对立体空间运动的UUV集群,设计三维视距制导律和协同控制律引导UUV集群在三维空间中沿参数化路径运动;最后,针对模型参数动态变化、风浪流扰动影响下的UUV集群,设计自抗扰控制器实现对动态变化模型、总扰动信息和速度信息的统一估计,保证动力学控制的稳定性.仿真结果验证了所提出基于自适应视距制导的无人潜航器三维协同路径跟踪控制方法的有效性.

摘要：船联网(internet of vehicle,IoS)是船舶信息交换的载体.基于区块链技术,在IoS上构建一种可信的信息交换机制,并提出相应的航行事件置信度计算与船舶信誉管理方案.该方案借鉴信息过滤的思想得到船舶综合相似度,利用加权熵值反向计算融合的评级,根据回应船舶评级偏离融合评级的程度更新回应船舶的信誉值;然后采用最小二乘法建立信誉值倒数与评级误差之间的拟合关系,从而得以更新报告船舶的信誉值;进一步设计基于船舶信誉值的DPoS(delegated proof of stake)共识机制,旨在优先选择信誉值较高的船舶作为见证者船舶,以保障系统出块环境的稳定性和高效性.结果显示,在船舶滥用行为占比为40%的情况下,航行事件真实性判定的准确率仍在75%以上.研究表明,所提出的方案不仅有效提高了航行事件真实性判定的准确率,还能识别恶意船舶并限制其滥用行为,从而保证IoS环境的安全和稳定.

摘要：[目的]为节省能耗、减小阻力、降低功率,通过计算流体力学(CFD)方法对设计航速下不同舵角进行计算。[方法]基于SST k-ω湍流模型和流体体积(VOF)方法,对舵角为0°~8°时舵的阻力、升力、力矩、表面压力和轴高附近舵剖面的速度矢量进行分析。采用刚体运动(RBM)方法捕捉螺旋桨旋转时的真实受力状态,并对螺旋桨内旋状态下舵角为0°~6°时的外力、螺旋桨转速、推力、扭矩和桨/舵表面的流场分布进行分析。[结果]结果表明:当舵角为6°时,船+舵的阻力最小;当舵角为4°时,船+桨+舵的自航总功率最小;舵表面的动压力分布越均匀,阻力越小;船-桨-舵的相互影响导致船舶性能在不同舵角时发生变化。流场变化是造成该船阻力和自航性能变化的根本原因,合适的舵角能实现降低船舶航行阻力和收到功率的目标。[结论]研究成果可为船舶舵角优化提供一定参考。

摘要：[目的]为了提高机械臂对船舶表面污损的清洗效率,研究一种五自由度双清洗盘清洗机械臂模型并提出相应的清洗策略。[方法]采用改进型D-H法建立机械臂的运动学模型,并利用蒙特卡洛法对其可达工作空间进行仿真评估;采用7次多项式插值方法拟合各关节的运动曲线,使用K-means算法对二维栅格区域内随机生成的清洗点按距离进行分类,通过蚁群优化(ACO)算法规划出每个清洗盘的最优移动路径。[结果]该模型可达工作空间能够适应不同曲率的船舶表面,各关节的轨迹规划曲线较为平滑,且清洗盘路径规划方法高效。[结论]该机械臂模型具有较强的适应性和较高的清洗效率,可供多清洗盘清洗机械臂的应用设计参考。

摘要：旨在优化现有远程驾控船舶的通信架构,以应对不同环境(如港口、深海和极地区域)下的网络连通性挑战,解决覆盖范围、网络带宽及通信延迟需求无法完全满足的问题。首先,系统梳理岸基通信网络技术和卫星通信网络技术的适用性和技术特点,深入分析远程驾控船舶在不同水域环境下的无线通信需求。基于此,提出一种基于融合多种无线系统的卫星-岸基集成网络架构的设计思路,将卫星与岸基网络深度融合,以期构建智能化、稳定的船舶通信系统。通过揭示具备经济性与服务质量优势的卫星-岸基集成网络架构在复杂通航环境船舶远程驾控场景中的应用潜力,以及梳理相关关键技术及现存瓶颈问题,期望所提出的集成通信网络架构可为远程驾控船舶在多样化通航网络条件下的通信优化提供理论参考。

摘要：在不确定洋流因素的影响下,通过有效的控制算法对无人船进行控制是其能够实现水下勘察、搜救巡逻等任务的有效前提。本文提出一种存在水动力参数摄动下基于LOS制导律的全局积分滑模轨迹跟踪控制器,首先通过视线法(LOS)设计位姿控制器从而得出速度虚拟控制输入,其次通过全局积分滑模(GISMC)控制设计动态控制器,在控制器设计中采用改进的连续函数进行补偿,并通过李雅普诺夫函数保证整个闭环系统的稳定性。最后通过对2种不同曲率轨迹的跟踪仿真结果验证了所设计控制器的有效性和可靠性。

摘要：针对海港船舶因防风撤离码头导致在港时间增加的问题,进行海船在风流作用下码头系泊应急标准研究。以《海港总体设计规范》、《港口工程荷载规范》和码头系缆及防撞设施的设计标准为基础,采用受力因素分析方法、风流荷载耦合计算方法确定海港船舶在码头防风应急的标准;以我国沿海某煤码头为例进行分析,得出设计代表船型根据该标准在风流耦合条件下能够安全系泊及撤离的结果。结论是:3.5万吨级散货船在9级风时应该撤离码头、5.0万吨级散货船在8级风时应该撤离码头。研究成果有助于解决船舶因防风撤离码头而导致船舶在港时间增加的问题,可为海港船舶码头防风应急标准和防风应急预案的确定提供支持。