導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流體力學(xué)在船舶中的應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】船舶流體力學(xué) 任務(wù)化模式 教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）22-0057-02

在船舶與海洋工程本科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)計劃中，船舶流體力學(xué)是其中的專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括流體的性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動的描述和基本方程、伯努利方程、勢流理論、波浪理論、粘性流體力學(xué)、邊界層理論等，課程教學(xué)在一個學(xué)期，其內(nèi)容非常復(fù)雜。一方面為了使學(xué)生更加全面地理解應(yīng)用相關(guān)的知識，另一方面培養(yǎng)學(xué)生往應(yīng)用型科技人才的方向發(fā)展，在船舶工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式上，我們應(yīng)該改變原有的教學(xué)方式以適應(yīng)時代要求和技術(shù)變遷，將任務(wù)化模式教學(xué)融入船舶流體力學(xué)的教學(xué)過程。我們在船舶流體力學(xué)這門本科課程的教學(xué)中，嘗試以任務(wù)化模式教學(xué)的形式，將數(shù)字化、實驗化的教學(xué)過程放到船舶流體力學(xué)教學(xué)課程的全過程中，以船舶流體力學(xué)的基本知識應(yīng)用為向?qū)Р贾萌蝿?wù)化模塊課題，學(xué)生以小組的形式完成任務(wù)化模塊，在完成任務(wù)化模塊的過程中理解應(yīng)用知識，并培養(yǎng)其知識的應(yīng)用能力，實現(xiàn)從注重知識傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)變。

一 目前船舶流體力學(xué)教學(xué)存在的問題

以欽州學(xué)院為例，船舶流體力學(xué)課程定位為船舶與海洋工程專業(yè)的主干課程，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)船舶原理等課程的基礎(chǔ)。長期以來，因概念抽象、學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，使得流體力學(xué)課程既難教也難學(xué)，要想讓學(xué)生將學(xué)到的知識與相關(guān)的實際問題結(jié)合起來尤為困難。盡管流體力學(xué)具有悠久的歷史，豐富的內(nèi)涵和外延，但是作為專業(yè)基礎(chǔ)課，船舶流體力學(xué)為專業(yè)課服務(wù)的定位極大地限制了課程的教學(xué)時間。在學(xué)生素質(zhì)參差不齊的情況下，使得培養(yǎng)學(xué)生扎實的基礎(chǔ)和拓寬知識面兩方面不能兼顧，顧此失彼。這一問題的存在不但限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生在工程中分析問題和解決問題的能力。因此有必要對這一問題進(jìn)行研究，找到解決問題的方法，改善流體力學(xué)教學(xué)的效果。

二 以任務(wù)化模塊為導(dǎo)向的教學(xué)模式探索

對流體力學(xué)教學(xué)途徑的探索和改革一直在開展，其中提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣是改善教學(xué)效果的核心，而任務(wù)化模塊是有效的手段之一。應(yīng)用型科技大學(xué)的教育以培養(yǎng)企業(yè)需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，為適應(yīng)船舶工業(yè)發(fā)展對人才的需求，本課程的教學(xué)方式基于專題化模塊為導(dǎo)向，采用講授、自學(xué)、討論、數(shù)字化工程訓(xùn)練、總結(jié)等手段。本質(zhì)就是結(jié)合船舶流體力學(xué)課程性質(zhì)和鮮明特點，通過布置課程任務(wù)讓學(xué)生查找資料進(jìn)行科學(xué)分析、研究和探索、小組討論、數(shù)字化工程操作等，最后讓學(xué)生理解所學(xué)知識。

1.任務(wù)化模塊的選取

任務(wù)化模塊主要是基于課本的基本知識，提出課程任務(wù)，課程任務(wù)的目標(biāo)是讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中對基本知識可以有更深刻的認(rèn)識，以及應(yīng)用這些基本知識，提高學(xué)生的應(yīng)用知識能力。所以在布置教學(xué)任務(wù)時應(yīng)注意以下幾點：

第一，圍繞問題意識選取任務(wù)化模塊。圍繞問題意識，注重培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。所謂問題意識，本質(zhì)上就是一種尋根求源的探索精神、是一種革新的批判精神，問題意識是萌發(fā)創(chuàng)造思維的前提。古語說“心有靈犀一點通”，這里的“靈犀”其實就是問題，學(xué)生頭腦中時刻裝著問題，才能進(jìn)人“日有所思，夜有所夢”的地步，才會產(chǎn)生靈感。就像受命鑒別皇冠的阿基米德那樣，在沐浴時受到浮力的啟發(fā)，而發(fā)現(xiàn)了浮力定律。

例如，在學(xué)習(xí)第三章流體的描述和基本方程時，我們可以提出：什么是流線、如何理解好動量方程等問題。這些圍繞問題意識提出的小問題就可以組成一個任務(wù)化模塊。

第二，圍繞工程意義選取任務(wù)化模塊。在應(yīng)用型科技大學(xué)教育中，船舶流體力學(xué)這門課程應(yīng)著力于提高學(xué)生工程素質(zhì)和學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識為目標(biāo)進(jìn)行課題教學(xué)。

譬如，機(jī)翼理論是船舶流體力學(xué)的重點難點內(nèi)容，部分概念抽象難懂，公式復(fù)雜，機(jī)翼理論對于船舶與海洋工程領(lǐng)域的重要性不言而喻，在螺旋槳的學(xué)習(xí)、高速船的學(xué)習(xí)等均需要機(jī)翼理論作為基礎(chǔ)。對類似極具實際工程意義的問題，肯定要布置任務(wù)化模塊。

2.任務(wù)化模塊的實施

在船舶流體力學(xué)的任務(wù)化模塊教學(xué)改革中應(yīng)遵循理論教學(xué)和技能訓(xùn)練相結(jié)合，走理論與工程實踐相結(jié)合的道路，所以之前的準(zhǔn)備工作必須充分，并且依據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計出適合這門課程的任務(wù)方案。大致的任務(wù)化模塊實施流程如圖所示。

任務(wù)化模塊實施流程圖

第一，布置任務(wù)書。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容分別設(shè)置不同的任務(wù)化模塊，根據(jù)上一節(jié)提出任務(wù)化模塊的方法，提出與本節(jié)知識相關(guān)的任務(wù)化模塊。

第二，學(xué)生攻克任務(wù)化模塊。學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，通過網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)資料、實驗室的硬件了解學(xué)習(xí)、數(shù)字化實驗室軟件的自學(xué)，結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識完成任務(wù)化模塊并提交報告。

例如，在流體運(yùn)動的描述和基本方程任務(wù)化模塊，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜集與其相關(guān)的資料，以及參觀實驗室的流線實驗、動量方程實驗，將收集的資料制作成有豐富材料的PPT、報告、視頻等，總結(jié)說明各種情況下流體運(yùn)動的特點、在實驗中如何體現(xiàn)動量方程等。

再比如，實施機(jī)翼理論任務(wù)化模塊時，學(xué)生組成任務(wù)攻克小組，利用網(wǎng)絡(luò)搜集與機(jī)翼理論相關(guān)的資料，以及學(xué)習(xí)FLUENT、Shipflow軟件，應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計程序CATIA、AutoCAD軟件。曾經(jīng)有學(xué)者提議將數(shù)字化軟件應(yīng)用到教學(xué)中，但并沒有說明具體的措施。這里需要注意的是，學(xué)生可以通過學(xué)校網(wǎng)站上的微課視頻自學(xué)FLUENT、SHIPFLOW、CATIA、AutoCAD軟件，相關(guān)的微課視頻由教師提前錄制好放在網(wǎng)站上供學(xué)生點擊觀看，反復(fù)學(xué)習(xí)。最后讓學(xué)生使用FLUENT、SHIPFLOW軟件完成機(jī)翼的流體計算、利用計算機(jī)輔助設(shè)計程序CATIA、AutoCAD軟件畫出機(jī)翼三維圖。

第三，總結(jié)任務(wù)化模塊完成情況。根據(jù)學(xué)生完成任務(wù)化模塊的情況以及提交的報告進(jìn)行總結(jié)。在總結(jié)中分析存在問題，對相關(guān)問題進(jìn)行理論的補(bǔ)充學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生的理解。

第四，考核。通過任務(wù)化模塊的完成過程對學(xué)生的不同能力進(jìn)行考核，考核階段就分為了基本素質(zhì)考核、自學(xué)能力考核和應(yīng)用能力考核?？己藢W(xué)生基本知識掌握情況、收集相關(guān)資料的情況，學(xué)生自學(xué)相關(guān)軟件的考核，對任務(wù)化模塊攻關(guān)的報告評價。

三 結(jié)語

通過任務(wù)化模式的教學(xué)改革使學(xué)生通過理論結(jié)合實踐的方式理解一門理論性極強(qiáng)的課程，并從培養(yǎng)應(yīng)用型科技人才的角度出發(fā)，采用這樣創(chuàng)新的教學(xué)方法，使學(xué)生能真正地掌握一門專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。同時重視學(xué)生個體差異發(fā)展的特點，以攻克小組的形式互補(bǔ)長短，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。這樣任務(wù)化教學(xué)模式應(yīng)認(rèn)真對待教學(xué)改革活動進(jìn)程中出現(xiàn)的問題，所布置任務(wù)應(yīng)有針對性，在整個過程中以學(xué)生為主導(dǎo)，貫穿于整個教學(xué)過程中。更加要注重教學(xué)活動的每一個細(xì)節(jié)，肯定學(xué)生每一步所取得的成績，以其調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

參考文獻(xiàn)

[1]崔海航、張鴻雁、張志政等.流體力學(xué)小專題討論提升課堂教學(xué)效果的研究[J].大學(xué)教育，2013（9）：106～108

[2]宮偉力、彭巖巖.流體力學(xué)教學(xué)改革與應(yīng)用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2014（5）：30～31

[3]李冬琴.“船舶原理”課程教學(xué)研究與實踐[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（29）：195

篇2

關(guān)鍵詞：減搖裝置 減搖鰭 減搖水艙 被動可控式減搖水艙

1 減搖技術(shù)概要

1.1 概述

在種類繁多的減搖裝置中，目前最常用的有舭龍骨、減搖鰭以及減搖水艙。舭龍骨由于其良好的減搖性能、建造成本低以及對船舶航速影響小等優(yōu)點，幾乎已成為海船必備的裝置。而具有可控性質(zhì)的減搖鰭和減搖水艙一直是減搖技術(shù)領(lǐng)域研究的重點，隨著計算機(jī)、自動控制技術(shù)以及流體力學(xué)的發(fā)展，這兩種減搖裝置均取得了突破性的進(jìn)展，減搖性能不斷提高。

1.2 減搖鰭的應(yīng)用

減搖鰭是最常用的主動式減搖裝置之一，基于機(jī)翼理論設(shè)計的傳統(tǒng)減搖鰭在與流體有較高的相對速度時會產(chǎn)生較大的升力，所以當(dāng)船舶在中高航速行駛時，傳統(tǒng)減搖鰭會取得70%以上的減搖效果。但是由于其升力產(chǎn)生原理限制，當(dāng)船舶行駛在低航速或零航速情況下，傳統(tǒng)減搖鰭幾乎沒有減搖效果。

為了使船舶在各種航速下均有很好的減搖效果，近年來，零航速減搖鰭得到了充分的重視和發(fā)展，這種減搖鰭的運(yùn)動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)減搖鰭有很大不同，利用新的運(yùn)動機(jī)理使得翼面在零航速也可產(chǎn)生對抗海浪干擾力矩的升力，國外已有少數(shù)船只應(yīng)用的實例。但這種零航速減搖裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和保養(yǎng)的成本都很高，還有許多問題需做進(jìn)一步的改進(jìn)和研究。

1.3 減搖水艙的研究和應(yīng)用

減搖水艙作為一種全航速下的減搖裝置，不僅在各種船舶航速下均有減搖效果，適用于集裝箱船、輪渡、滾裝船、海洋工程船、科學(xué)考察船等。另外，減搖水艙具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、便于保養(yǎng)維護(hù)等優(yōu)點，這使得減搖水艙被越來越多的船東所接受，市場前景看好。

2 減搖水艙的分類

減搖水艙按照其控制特點可分為主動式減搖水艙、被動式減搖水艙和可控被動式減搖水艙等三種類型。主動式減搖水艙具有減搖效果高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，但其系統(tǒng)復(fù)雜，造價較高，而且功率消耗非常大，經(jīng)濟(jì)性較低，因此已經(jīng)很少被使用。被動式減搖水艙結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)“雙共振”原理進(jìn)行工作，在船舶的諧搖頻率范圍內(nèi)具有良好的減搖效果，但其減搖頻率范圍較小，在低頻和高頻范圍內(nèi)甚至可能產(chǎn)生增搖效果。

對被動式減搖水艙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及位置的合理布置成為提高被動式減搖水艙性能的關(guān)鍵?？煽乇粍邮綔p搖水艙是對被動式減搖水艙的一個重要改進(jìn)，充分利用水艙的結(jié)構(gòu)特點，通過少量能量控制水艙頂部氣體連通道或底部液體連通道的開口，實現(xiàn)對水艙內(nèi)液體運(yùn)動的控制，避免了在因減搖水艙不可控對船舶產(chǎn)生的不利影響。

3 減搖水艙的工作原理

當(dāng)船的固有橫搖周期和波浪遭遇周期相同時，船的橫搖角度最大。這個原理和以下例子相同：假如在一艘小船上，船上的人員比船的橫搖周期早一拍左右移動幾次，船的橫搖將會加劇。相反，如果船上的人員比船的橫搖周期晚一拍左右移動幾次，船的橫搖將會變緩。可控被動式減搖水艙工作原理就是把上述的船上人員換作液體，巧妙地利用這種液體流動的時間和力矩，來減輕船的搖動。

船的一次橫搖周期用360°角度來表示時，船的搖動起始點總是比波浪遭遇點滯后90°的角度，這種現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)會加劇船的橫搖。如果減搖水艙中液體的固有周期和船的橫搖周期相同的話，減搖水艙中液體的移動起始點將一直比船的搖動起始點滯后90°的角度。這就意味著減搖水艙中的液體移動起始點總是比引起船舶橫搖的波浪起始點滯后180°角度。

因此，減搖水艙中的液體移動力矩和波浪力矩總是相反，互相抵消，所以船舶橫搖得以減緩。如圖1和圖2所示。

4 可控被動式減搖水艙的控制方式

可控被動式減搖水艙的最關(guān)鍵技術(shù)在于周期的調(diào)節(jié)，如何將減搖水艙的周期調(diào)至與船舶橫搖周期一致是減搖水艙設(shè)計成敗的決定因素，如果這兩個周期不一致，減搖水艙的減搖效果很差，甚至還會產(chǎn)生增搖。目前，可控被動式減搖水艙的周期調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是氣道控制式，另一種是水道控制式。

德國的產(chǎn)品一般采用氣道控制式，它是通過水艙頂部空氣道控制水艙內(nèi)可壓縮性氣體的流動，實現(xiàn)間接對艙內(nèi)液體流動的控制。這種水艙利用自動控制系統(tǒng)通過氣閥的啟閉來調(diào)節(jié)艙內(nèi)液體的振蕩周期，以適應(yīng)船舶橫搖周期的變化。閥門的控制作用相當(dāng)于自動延長了艙中水流的振蕩周期，從而使水艙能在更寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行有效減搖。這種控制方式也有其弊端：一是由于氣體具有可壓縮性，很難做到精準(zhǔn)控制；二是由于氣閥在一個橫搖周期內(nèi)要啟閉兩次，所消耗的功率相對較大，閥的磨損也比較厲害，維護(hù)保養(yǎng)成本相對較高。

水道控制式是通過改變設(shè)置在底部液體通道中擋板的位置來改變液體通道的面積，從而改變減搖水艙的固有周期。水道控制式減搖水艙具有以下優(yōu)點：一是液體沒有壓縮性，可以做到精準(zhǔn)控制；二是水道式只需要對擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，所需能量非常小，擋板的開合沒有空氣閥那么頻繁，設(shè)備的磨損也非常小，維護(hù)保養(yǎng)成本很低。

5 被動可控式減搖水艙在船舶中的應(yīng)用

被動可控式減搖水艙廣泛應(yīng)用于各類船舶中，目前應(yīng)用最多的是救助船，海監(jiān)船，引航船，航標(biāo)船，醫(yī)療船，科學(xué)考察船，破冰船等。這些類型的船舶由于其使用的特殊性，低航速或者拋錨執(zhí)勤的時間相對比較多，對船舶橫搖的程度對船舶的安全操作很重要。

一般減搖水艙的減搖效果設(shè)計時都以達(dá)到40%～60%為目標(biāo)。但減搖水艙的減搖效果跟減搖水艙在船上布置的位置，減搖水艙的大小，船舶橫搖周期和減搖水艙的周期的匹配都有直接的關(guān)系。同樣的減搖水艙的大小，布置的位置越高，則減搖效率就越高。如果船舶的橫搖周期和減搖水艙的橫搖周期不匹配，則位置布置得再高，減搖水艙再大，則減搖效果都不會理想。減搖水艙的水量越大，則減搖力矩就越大，減搖效果越好。

減搖水艙的布置往往受到船舶總體布置的限制，船舶滿載排水量的限制，減搖水艙的水量達(dá)不到所要求的減搖力矩的大小，這樣就無法達(dá)到預(yù)計要求的60%的減搖效果。

不同的船型對減搖方式的要求也不一樣。有些船會同時設(shè)置減搖鰭和減搖水艙，主要是針對不同的使用情況。如某型救助船，在高航速航行時使用減搖鰭，在執(zhí)勤時一般處于拋錨或者低航速航行，這時使用減搖水艙，充分利用兩種減搖方式的長處。

6 減搖效果的確認(rèn)

減搖水艙的減搖效果的確認(rèn)，一般先進(jìn)行理論計算，得到一個大概的估算。再根據(jù)模型試驗進(jìn)行確認(rèn)，模型試驗會得到一個相應(yīng)曲線，最后再通過海上試航結(jié)果進(jìn)行再次確認(rèn)。

圖3、圖4所示為在不同的波浪條件下得到的模型試驗數(shù)據(jù)：

從模型試驗中得出減搖效果為40%以上。

圖5為海上試驗時的數(shù)據(jù)。

通過模型試驗的數(shù)據(jù)和海上試航的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可得到最后準(zhǔn)確的減搖效率數(shù)據(jù)。

篇3

關(guān)鍵詞：船舶電力推進(jìn) 仿真 考證

中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的柴油機(jī)―軸系―螺旋槳直接推進(jìn)，它是通過柴油機(jī)―― 發(fā)電機(jī)機(jī)組向中心電網(wǎng)供電，采用變壓變頻技術(shù)，諧波濾波技術(shù)，監(jiān)測控制等處理，帶動推進(jìn)電機(jī)推動螺旋槳。電力推進(jìn)的船舶與直接推進(jìn)相比，驅(qū)動力矩大，調(diào)速范圍廣，船舶機(jī)動性好，機(jī)艙的布置更加靈活，船舶的空間能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油機(jī)，主機(jī)的體積和重量減輕；系統(tǒng)冗余度高，增加了對單個故障的抵抗性；噪音和震動都減小；環(huán)境更加友好，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。不僅應(yīng)用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶，還廣泛應(yīng)用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規(guī)船舶，顯示了廣泛的市場前景。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、推進(jìn)器單元構(gòu)成，是一個融合了機(jī)械、流體力學(xué)、計算機(jī)、自動化、電力電子與電力傳動、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，它的推廣應(yīng)用一方面產(chǎn)生了廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面對于其中電氣設(shè)備的操作、管理和維護(hù)人員也提出了新的要求。國家海事局頒布的《關(guān)于STCW公約馬尼拉修正案過渡規(guī)定的實施辦法》中指定了電子電氣員過渡期培訓(xùn)綱要，其中船舶電氣部分明確提出：在電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)中，必須突出船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器型式與結(jié)構(gòu)，推進(jìn)電動機(jī)種類及控制，推進(jìn)系統(tǒng)的變頻裝置和變頻推進(jìn)自動電源管理系統(tǒng)（PMS）主要功能等內(nèi)容，為不遠(yuǎn)的將來邁入全電船舶時代奠定基礎(chǔ)。

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2013年批準(zhǔn)了“船舶電力推進(jìn)仿真實訓(xùn)平臺的研究與開發(fā)”的立項，與相關(guān)企業(yè)合作，把先進(jìn)的交互式多媒體的理念引進(jìn)課程建設(shè)中來。本文介紹該軟件平臺的建設(shè)實踐。

1 仿真平臺的建設(shè)

仿真平臺的建設(shè)由三個階段構(gòu)成。第一個階段是調(diào)研階段，在這個階段，課題組成員多方尋求資料，以保證平臺資源的完整性和先進(jìn)性。形成需求分析報告；第二個階段是仿真平臺建設(shè)階段，企業(yè)根據(jù)需求分析，搭建仿真軟件。第三個階段是推廣應(yīng)用的階段，在教學(xué)過程中，應(yīng)用平臺，逐步完善平臺，整合教學(xué)資源，以期獲得良好的教學(xué)效果。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)和推進(jìn)器單元組成。這是一個綜合了船舶電站技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、船舶電站及其管理技術(shù)、動態(tài)定位技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)的一個高技術(shù)含量，高復(fù)雜度的綜合現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)。在平臺的建設(shè)過程中涉及各種技術(shù)中各種設(shè)備的工作原理、常用設(shè)備型號、常用系統(tǒng)構(gòu)成等錯綜復(fù)雜的資料類型。課題組經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，綜合整合，多方搜集資源，形成了本平臺的需求分析報告。在需求報告的基礎(chǔ)上，合作公司進(jìn)行下一步的工作，實現(xiàn)船舶電力推進(jìn)計算機(jī)仿真平臺的建設(shè)。

需求報告中，明確了本仿真平臺的各個組成部分和各個組成部分的呈現(xiàn)方式。其中，主菜單界面主題是三維海工船模型，船身外輪廓為透明線條，主要交互模型為二級菜單入口，二級菜單包括“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、電子電氣員考證題集”。圖1中，在船體模型的下方用相應(yīng)的小圖標(biāo)表達(dá)，鼠標(biāo)滑過時顯示二級菜單名稱。

其中，在“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹”中，呈現(xiàn)電力推進(jìn)系統(tǒng)的概念，電力推進(jìn)的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的優(yōu)點，以及系統(tǒng)的組成。

“發(fā)電機(jī)系統(tǒng)”由原動機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大模塊組成?！霸瓌訖C(jī)介紹”以文字圖片形式分別介紹內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等原動機(jī)種類?！鞍l(fā)電機(jī)介紹”主要包含“同步電機(jī)”和“無刷永磁電機(jī)”兩類，其中同步電機(jī)以文字圖片介紹。無刷永磁電機(jī)則采用經(jīng)典樣式的三維模型，可以點擊后拆解。

配電系統(tǒng)包括三個子菜單，“半潛船配電系統(tǒng)示例、中壓配電柜、干式變壓器”?！鞍霛摯潆娤到y(tǒng)示例”以文字圖片方式呈現(xiàn)，如圖2所示。圖片是西門子為某半潛運(yùn)輸船的電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計。

“中壓配電柜”為三維模型，如圖3是世界主流的電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品的解剖視頻截圖。該動畫可以360度展示開關(guān)柜內(nèi)部的器件排列，主要器件的外形和動作情況，同時，難以觀察到的內(nèi)部變化以結(jié)構(gòu)示意圖或Flash小動畫方式呈現(xiàn)。

變頻系統(tǒng)分為兩個子菜單，“電動機(jī)示例、變頻器示例”?！半妱訖C(jī)示例”包含“直流電動機(jī)、異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)”等四種典型船用推進(jìn)電動機(jī)，主要以文字圖片形式呈現(xiàn)，同時配合參考視頻?！白冾l器示例”又分為兩個部分，第一部分以文字圖片方式介紹常見的變頻調(diào)速方式；第二部分以動畫方式介紹主流變頻器。

推進(jìn)器系統(tǒng)分為三個子菜單，“常見推進(jìn)器示例、ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例、常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”?！俺Ｒ娡七M(jìn)器示例”中，以三維交互模型方式，分別呈現(xiàn)“軸系推進(jìn)、全方位角推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器”，可以旋轉(zhuǎn)縮放，可以點擊主要部件，配合介紹文字和圖片素材?！癆BB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例”，模型可以旋轉(zhuǎn)縮放，主要部件可以點擊查詢，可以用不同色彩顯示各主要構(gòu)成部件，清晰展現(xiàn)推進(jìn)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如圖4?！俺Ｒ娡七M(jìn)器產(chǎn)品示例”主要為文字圖片介紹，分別介紹Azipod的標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、對轉(zhuǎn)式，Mermaid與Azipod區(qū)別，SSP雙螺旋漿設(shè)計高效推進(jìn)，Dolphin低噪低振高效，呈現(xiàn)各自的外形結(jié)構(gòu)圖以及在實船中的應(yīng)用情況。

功率管理系統(tǒng)PMS主要呈現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的功率管理系統(tǒng)的功率管理控制的各個層級，各個層級的功能構(gòu)成。

動力定位系統(tǒng)的呈現(xiàn)模擬海上鉆井平臺實景，二級菜單為圖標(biāo)，分別是“監(jiān)控界面、DP系統(tǒng)分級、DP系統(tǒng)工作模式及應(yīng)用場合、控制系統(tǒng)原理介紹”。

2 仿真平臺的特點

為了確保本仿真實訓(xùn)平臺能夠反映現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，使學(xué)員在工作中遇到類似船舶的時候，做到“所見即所學(xué)”，在資料調(diào)研的過程中，多渠道，多途徑的搜集相關(guān)的行業(yè)資料，與多家相關(guān)行業(yè)的企業(yè)包括揚(yáng)州易倍得，武漢712研究所，無錫714研究所，ABB，西門子，芬蘭delft大學(xué)等多家國內(nèi)外業(yè)界的知名的公司和研究所，主動交流，參加國內(nèi)“船舶電力推進(jìn)技術(shù)峰會”等等，獲得了第一手的現(xiàn)場資料。

軟件教學(xué)平臺與硬件平臺相比，大大降低了研發(fā)成本，減小了占地面積，降低了硬件設(shè)備維護(hù)和管理中的工作量，在教學(xué)工作中顯示了突出的優(yōu)點。這種新穎的教學(xué)平臺形象、生動、直觀、動態(tài)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且，在平臺的設(shè)計之初已經(jīng)充分考慮了電子電氣員考試的知識點要求，因此滿足了電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林春熙，郭宏林.船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用對輪機(jī)電氣教學(xué)培訓(xùn)和發(fā)證的影響[J].航海教育研究，2003（4）：59-61

篇4

是魚，更是機(jī)器人

任何一條魚或海豚都不掌握簡單的數(shù)學(xué)推理，更不用說解讀復(fù)雜的流體力學(xué)公式，但是它們比任何現(xiàn)代艦船更能駕馭大海和江河。這就是自然界進(jìn)化的力量，來自于自然界千萬年感性的沉積。

海豚可輕易地以20節(jié)的速度跟在船只之后；黃鰭鮪魚的速度可達(dá)40節(jié)以上；梭子魚更可以用20倍于重力加速度的加速度起步來掠取獵物。同時，魚類可迅速地以只有身長10%～30%的距離為轉(zhuǎn)彎半徑來變換行進(jìn)方向。相對之下，一般航行船只通常須以10倍船長的半徑緩慢地回轉(zhuǎn)。

因此，科研人員們積極地向大自然學(xué)習(xí)，研究魚類的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并試圖在技術(shù)方面模仿魚類在自然中的功能。根據(jù)魚類的運(yùn)動特征，把它們的游動模式分為四大類：鰻鱺目身體波動模式、

科加新月形尾鰭模式、胸鰭擺動模式和波動式模式。通過對魚類不同運(yùn)動模式的模仿，研制出了各式各樣的機(jī)器魚。

利用魚類的游動推進(jìn)機(jī)理，通過機(jī)械、電子結(jié)構(gòu)或功能材料（形狀記憶合金、人造肌肉等）來模擬魚類的游動推進(jìn)動作，從而實現(xiàn)水下運(yùn)動的推進(jìn)裝置就是仿魚水下推進(jìn)器，即機(jī)器魚，又稱魚形機(jī)器人。

前面提到的SPC-Ⅱ型機(jī)器魚體長1.23米，總重40公斤，最大下潛深度為5米，體表是玻璃鋼和纖維板的復(fù)合材料，強(qiáng)度大、重量輕。它由動力推進(jìn)系統(tǒng)、圖像采集和圖像信號無線傳輸系統(tǒng)、計算機(jī)指揮控制平臺三部分組成。只要將指令通過無線電信號傳給機(jī)器魚中的計算機(jī)，計算機(jī)就可以按指令控制機(jī)器魚做出動作。SPC-Ⅱ型機(jī)器魚還裝有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如果啟動系統(tǒng)，它就可以自行按設(shè)定航線行進(jìn)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，SPC-Ⅱ型機(jī)器魚采用整體流線型設(shè)計，降低了阻力；采用翼身融合的剛體結(jié)構(gòu)，大大增加了有效載荷空間。它的平均航速可達(dá)到每小時4公里左右，最大速度能達(dá)到每秒1.5米。它使用鎳氫電池，能在水下連續(xù)工作兩三個小時，以平均航速計算，能夠持續(xù)游約10公里。

SPC-Ⅱ型機(jī)器魚的推進(jìn)方式為科加新月形尾鰭模式推進(jìn)。在這種模式中，超過90%的推進(jìn)力通過具有一定剛度的尾鰭的運(yùn)動產(chǎn)生，而身體的前三分之二部分都保持剛性。船舶、普通潛艇采用傳統(tǒng)的螺旋槳來推進(jìn)，與之相比，機(jī)器魚依靠尾部軀體和尾鰭的有規(guī)律擺動來前進(jìn)，推進(jìn)時非常安靜，噪音水平比螺旋槳低得多；靈活性亦非螺旋槳所能比擬，它依靠身體和尾鰭，可以迅速原地回轉(zhuǎn)。機(jī)器魚的上浮和下潛通過在行進(jìn)中改變胸鰭的迎角實現(xiàn)，響應(yīng)的速度較快。

水下考古顯身手

我國300萬平方公里的水域下，埋藏著十分豐富的文物資源?，F(xiàn)階段，我國的水下考古在國際上已占有一席之地，但與國際先進(jìn)水平相比尚存一定差距。

當(dāng)前的水下考古一般是由考古人員親自進(jìn)行潛水作業(yè)。但是由于受到人體生理條件的限制，常規(guī)潛水深度只能達(dá)到60米～70米，而且人在水下處于失重狀態(tài)，活動不便、體力消耗大、作業(yè)時間短，出水又需長時間減壓，所以工作效率很低。早期的水下考古作業(yè)也因此變得困難重重，深水考古更是望洋興嘆。隨著我國水下考古事業(yè)的興起，對裝備的要求不斷升級，水下機(jī)器人也逐漸參與到考古中來。

在2004年8月11日至12日，SPC-Ⅱ型仿生機(jī)器魚對鄭成功古戰(zhàn)艦遺址進(jìn)行的水下考古探測的工作時間累計達(dá)到約6小時。這是我國考古工作者首次利用機(jī)器人輔助水下考古工作。

在探測中，SPC-II型機(jī)器魚時而在海面上穿浪前進(jìn)，時而快速潛入深水中，及時將它在水下看到的景象通過無線圖像信號系統(tǒng)傳送至水面指揮部。

在岸上，通過一個控制臺，技術(shù)人員把諸如前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛的指令傳到機(jī)器魚體內(nèi)的計算機(jī)中，計算機(jī)按指令控制機(jī)器魚做出相應(yīng)的動作。在技術(shù)人員的操縱下，機(jī)器魚利用原地回轉(zhuǎn)靈活的特性，多次快速接近重點目標(biāo)，對目標(biāo)進(jìn)行拍攝錄像，為下一步的考察挖掘工作提供了有用的信息?？脊抨牭呢?fù)責(zé)人認(rèn)為，SPC-II型機(jī)器魚在水下機(jī)動靈活，定位迅速，對考察探測能起到輔助作用。如果進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)器魚，在下潛深度和垂直機(jī)動性方面達(dá)到實用，可以代替潛水員在更深的水域長時間地進(jìn)行觀測，從而提高工作效率，降低潛水員的風(fēng)險。

仿生機(jī)器魚家族

人類有關(guān)魚類游動機(jī)理的現(xiàn)代研究始于20世紀(jì)30年代，而這方面的研究取得迅速進(jìn)展是在過去的十五年，有關(guān)仿魚推進(jìn)機(jī)理的大量研究則開始于90年代中后期。

在國外，美國麻省理工學(xué)院海洋工程實驗室、伍茲霍爾海洋研究所和紐約大學(xué)聯(lián)合組成研究小組正在開展有關(guān)魚類仿生推進(jìn)機(jī)理的研究。從1994年至1999年，以Triantafyllou M.S.為首的研究小組先后設(shè)計研究了1.2米長的機(jī)器金槍魚和0.8米長的機(jī)器狗魚；日本東京大學(xué)開展了仿生先進(jìn)推進(jìn)機(jī)理的研究；美國賓夕法尼亞大學(xué)的Lamrence C.R.正在進(jìn)行關(guān)于魚體肌肉消耗動力的研究；美國密執(zhí)安大學(xué)的Paul W.W.開展了對魚體游動穩(wěn)定性的研究；加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Richard W.B.開展了狗魚類快速啟動性能的測定試驗研究；日本N.Kato研究小組研究了鱸魚胸鰭的運(yùn)動機(jī)理；日本三菱公司也組織開展了魚類仿生機(jī)器人技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)了使長60厘米、重6磅的機(jī)器魚的速度達(dá)到每秒0.25米。

在國內(nèi)，哈爾濱工程大學(xué)和北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所在這方面的研究走在了前面。