Transcript 开放课题申请简介 - 高新船舶与深海开发装备协同创新中心

开放课题申请简介
编号 1301
申请人：高洋洋（浙江大学）
课题名称：基于PIV技术的旋转立管尾流结构特性研究
研究内容包括：
本项目拟采用物理模型试验方法，开展柱体在不同旋转条件下尾流流场的研究，揭示尾
流旋涡脱落形态、旋涡脱落频率随旋转速率变化的规律。试验过程中主要利用粒子图像
测速(PIV) 技术获得柱体在不同旋转速率条件下的流场信息，通过对采集到的CCD图像进
行互相关分析，获得旋转柱体尾流区域的时均速度矢量、流线拓扑、涡量等值线、无因
次雷诺应力等值线及瞬时的速度矢量、涡量等值线等，揭示旋转柱体尾流旋涡脱落特征
随旋转速率变化的规律。
(1) 本项目基于引起海洋立管涡激振动的最主要因素-尾流区旋涡脱落角度出发，利用粒
子图像测速（PIV）技术开展柱体在不同旋转条件下如何抑制涡激振动的试验研究，揭示
柱体旋转过程中的尾流形态、旋涡脱落频率随旋转速率变化的规律；
(2) 从可视化的角度分析柱体旋转过程中与流体相互耦合作用中的强非线性问题，揭示抑
制涡激振动响应特性的作用机理。
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编号1302
申请人：张开升（中国海洋大学工程学院）
课题名称：基于鲨鱼鳍的水平轴潮流能水轮机仿生叶片及其性能研究
研究内容包括：
根据海洋潮流的规律性强、能流密度大等特点，针对上述研究目标，研究内容包括下述
各点。
（1） 基于仿形法的仿生水平轴潮流能水轮机的水动力性能研究。
（2） 基于BEM 的仿生水平轴潮流能水轮机的水动力性能研究。
（3） 水平轴水轮机叶片仿生机理的研究。
（4） 仿生叶片水轮机的模型实验。
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编号 1303
申请人：杨琼方（海军工程大学 动力工程学院）
课题名称：潜艇推进用吊舱式泵喷参数化设计及声指纹抑制技术
研究内容包括：
本课题的最终目标是实现潜艇推进用的吊舱式泵喷参数化设计，预报其水动力和辐射噪
声性能、总结出抑制其低频线谱指纹特征的设计措施，设计出一型低噪声吊舱式泵喷，
制作样机并进行试验测量分析。将研究内容分解为以下四个方面：
（1）吊舱式泵喷设计选型和参数化设计
（2）吊舱式泵喷敞水性能、空化性能和辐射噪声性能的数值预报
（3）吊舱式泵喷几何设计参数对辐射噪声性能的影响分析及声指纹抑制措施
（4）吊舱式泵喷辐射噪声性能的试验测量
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编号 1304
申请人：张洪生（上海海事大学）
课题名称：波流相互作用的数值及试验研究
研究内容包括：
（1）基于Boussinesq型方程，研制考虑底摩阻能量耗散项、体现水位变化的、非线性的
波流相互作用的二维数值模型。
（2）输入不同组合的定常水流和规则波或长波和短波，对同向和逆向的波流相互作用进
行系统的物理模型实验。
（3）选择不同组合的入射波和定常水流或长波（可视为水流），利用基于Boussinesq型
方程所建立的数值模型进行波流共存时的数值模拟。
（4）将波流共存时的流速场和水位劈分为对水流的影响和对波浪的影响，以研究相互作
用后水流场和波动场的变化及波流之间动力学物理量的交换。
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编号 1305
申请人：禹海涛（同济大学）
课题名称：外海长隧道多尺度动力分析方法及地震灾变机理研究
研究内容包括：
项目组拟以外海长隧道结构为研究对象，采用理论分析、数值模拟和材料试验相结合的
研究方法，主要研究外海长隧道多尺度动力分析方法和地震灾变机理，具体内容如下
（1）考虑海洋地形变化影响的外海长隧道多尺度动力分析方法
（2）长隧道结构动力损伤本构模型
（3）外海长隧道结构地震响应、损伤机理的理论分析与数值模拟
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编号 1306
申请人：陈远明（华南理工大学）
课题名称：基于波浪补偿的海上风机整体吊装关键技术研究
研究内容包括：
（1） 首先进行双体船型的耐波性研究，优化船型参数。并以波浪为系统的主要激励，
研究吊装中的风机和安装船整个系统的水动力响应，以及风机和安装船之间的相互耦合
作用，分析风机和安装船之间的动力学模型，研究在波浪补偿机构驱动和波浪条件共同
作用下，风机能维持稳定的控制条件和控制机理。
（2） 在研究（1）的基础上，对波浪运动补偿系统的智能控制策略展开研究。考虑到风
机质量大，属于大惯量系统，系统响应速度慢，所以常规控制器容易产生滞后现象，控
制效果不太理想；并且风机和安装船间并非通过刚性构件连接，而是通过钢索连接，钢
索具有一定弹性，所以钢索对风机的控制作用具有一定的相位偏差，容易产生振荡现象
，造成最后的补偿效果不佳。因此必须结合整个系统的水动力响应及风机和船舶之间的
相互耦合作用原理，展开智能控制算法研究。
（3） 建立风机软着陆过程的动力学模型，对冲击过程展开应力分析，以冲击载荷最小
为优化目标进行缓冲机构参数设计。分析缓冲机构开始动作的两个载荷阀值——设计低
值和设计高值对缓冲系统响应速度的影响，并优化其取值来提高系统的跟随速度。并通
过仿真与模型试验，验证缓冲定位系统的有效性。
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编号 1307
申请人：严心池（江南大学）
课题名称：船舶结构系统基于遗传算法的可靠性优化设计
研究内容包括：
课题拟研究船舶结构系统基于可靠性的优化设计方法。将结构参数、弹性模量、结构强
度和外载荷等模拟为随机变量，建立安全余量的显式方程，给出失效机理，并采用随机
有限元法来进行安全余量的敏度分析，计算结构系统可靠度指标。
重点研究基于遗传算法的船舶结构全局优化方法，采用拉格朗日乘子处理约束条件，建
立适应值映射函数，使算法得以应用于结构优化问题中。引入带“远亲指针”的自适应交叉
技术和免疫算子，提高遗传算法的搜索性能，保证全局收敛。为复杂结构系统以可靠度
为约束的总质量优化问题建立力学模型，寻找系统可靠性分析的计算方法，并进行结构
优化理论研究。
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编号 1308
申请人：唐军（大连理工大学）
课题名称：植被水域非线性长波传播的数值模拟研究
研究内容包括：
（1）分析植被影响下非线性长波的水体结构及基本传播特征；分析植被引起的波浪应力
及其相关参数与植被没水深度、特征直径、分布密度等植被分布特征参数及波浪要素间
的理论关系。
（2）分析非线性长波在近岸传播的非线性、色散性变化过程，以适于模拟非线性长波传
播的近岸波浪模型为基础，考虑植被、地形、岸界、水流等对非线性长波传播的影响，
建立植被水域非线性长波传播的模拟模型。
（3）模拟阐释植被特征参量、地形等对非线性长波传播、爬坡、破碎等运动过程的影响
机制；分析极端条件下植被水域非线性长波传播、爬坡、破碎等运动过程对植被分布特
征参数、地形、岸界等变化的响应特性，阐释近岸植被水域非线性长波的传播机理及其
防护机制。
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编号 1309
申请人：朱红钧（西南石油大学）
课题名称：非稳态内流与剪切外流共同作用下海底多相混输管道涡激
振动数值模拟研究
研究内容包括：
（1）海底管道涡激振动调研
（2）建立海底管道涡激振动数值求解方法
（3）开展非稳态内流与剪切外流共同作用下海底多相混输管道涡激振动数值模拟研究
（4）提出抑制海底多相混输管道涡激振动的方法及装置
开放课题申请简介
编号 1310
申请人：张火明（中国计量学院）
课题名称：极限海况下绷紧式深海系泊缆的动力响应分析
研究内容包括：
（1）根据冲击动力学理论，对系泊平台浮体-缆绳系统进行耦合分析，给出系统的松弛
区域和张紧区域的边界曲线，并对无量纲的位移比、阻尼比、波高、波浪频率、预张
力、缆绳长度等影响因素进行分析。
（2）考虑缆绳内水平张力和位置，推导缆绳的曲率和张力的表达式，建立包含松弛和张
紧两种情况的连续模型，采用应力波理论分析缆绳内水平张力、波数、缆索坐标等参数
对缆绳内应力波传播特性的影响。根据应力波和非线性动力学理论，计算缆绳在松弛-张
紧状态下的运动和张力，分析缆绳的破坏程度。
（3）通过模态分析和谱分析法确定深水绷紧式系缆结构的应力响应谱，结合 T-N 曲线
和疲劳累积损伤理论，以南海某油田的 FPSO为例，将长期海况离散成多个短期海况，
根据准静态分析结果选出负载最大的两条缆进行全动态的时域计算，得出系缆在各个海
况下的张力响应。基于雨流计数法对张力时间历程提取张力范围和循环次数，进而计算
疲劳损伤。
开放课题申请简介
编号 1311
申请人：刘虓（华南理工大学）
课题名称：三维不规则排样算法及其并行化研究
研究内容包括：
（1）构造算法研究
设计一种新型构造启发式算法(Constructive Heuristic，以下简称构造算法)将三维不规则
排样问题转化为优化问题。构造算法需要模拟零件在容器中的平移、旋转运动，同时进
行碰撞测试，从而达到零件排列紧密的效果。
（2）混合算法性能研究
在某些参数（比如零件排样次序）固定的前提下，构造算法得到排样效果只是“局部”优化
解，还需要研究如何通过某种优化搜索策略寻求“全局”优化解。将构造算法与不同的现代
启发式算法结合，从而得到不同的混和算法。课题将针对国际上通行的“标准化”算例进行
大量的三维不规则排样实验，并对得到的数据进行科学和细致地分析，寻找混合算法的
表现规律。
（3）并行排样算法研究
首先搭建三维不规则排样的并行计算平台，然后在该平台的基础上展开并行排样算法研
究：对三维不规则排样算法进行“并行化”改造，提出不同的改造方案，通过实验验证并行
排样算法的可行性，找到计算性能的提升率与并机数量、零件数量之间的关系。
开放课题申请简介
编号 1312
申请人：陈严飞（中国石油大学（北京））
课题名称：含腐蚀缺陷深水海底管道压溃失效机理和安全评价
研究内容包括：
（1）开展腐蚀管道压溃小尺寸模型试验，研究等深度、椭圆和抛物线三种规则形状腐蚀
缺陷对深水管道压溃失效模式和压溃荷载的影响规律。
（2）建立三种规则形状腐蚀缺陷深水管道三维非线性有限元仿真模型，探索腐蚀形状、
深 度、宽度和长度对深水管道的压溃失效模式的影响规律，确定影响管道压溃失效模
式的敏感性参数。
（3）基于规则形状腐蚀缺陷深水管道理论计算模型和回归计算模型，提出工程适用的复
杂形状腐蚀缺陷深水管道压溃荷载简化计算方法，并给出安全评价方法的建议。
（4）开展轴向相邻、环向相邻和复合相邻三种双腐蚀缺陷管道压溃模型试验，研究双腐
蚀缺陷对深水管道压溃失效模式和压溃荷载的影响规律。
（5）建立三种双腐蚀缺陷深水管道非线性有限元仿真模型，探索双腐蚀缺陷轴向间距和
环向间距对深水管道压溃失效模式的影响规律，确定双腐蚀缺陷之间不发生相互作用的
最小轴向间距和环向间距，提出双腐蚀缺陷相互作用准则，给出双腐蚀缺陷深水管道压
溃荷载的回归计算模型。
（6）基于双腐蚀缺陷深水管道压溃荷载理论计算模型和回归计算模型，提出工程适用的
复杂群腐蚀缺陷深水管道压溃荷载简化计算方法，并给出安全评价方法的建议。
开放课题申请简介
编号 1313
申请人：陆林军（上海交通大学）
课题名称：国际航运温室气体减排分析及可持续发展对策研究
研究内容包括：
全球气候变化受到国际社会的密切关注，温室气体排放控制呼声日益高涨，产生大量温
室气体的航运业正面临极大的减排压力。本文通过对减排潜力的分析，探讨了通过降低
航行速度、改进船型、税收及停靠时间等角度研究了降低温室气体排放的潜力。
（1）通过四个方面量化了国际航运温室气体排放潜力并通过函数拟合对它们进行拟合，
有助于在实践中得应用，例如.船舶减速航行实现减排的方法具有较好的成本效益比，对
于企业，当从最佳盈利航速以上开始减速航行时，不但可以完成减排目标，同时还会使
企业效益更佳。当从最佳盈利航速开始减速航行以实现减排目标时，其成本适中。
（2）对国际航运法规政策及我国航运业现状进行了细致梳理刻画，明确了温室气体减排
潜力的可挖掘空间。
（3）对温室气体减排的社会经济效益进行了分析，有助于明确共识，推进航运企业将节
能减排付诸实施。
开放课题申请简介
编号 1314
申请人：周香莲（上海交通大学）
课题名称：考虑液化效应的弹塑性多孔介质海洋土体力学性能演化模
型研究
研究内容包括：
（1）波流联合作用下弹塑性多孔介质耦合海洋土动力响应
基于水土耦合的多孔介质海洋土动力理论，考虑土体复杂应力状态，采用双层流体模型
和弹塑性多孔介质模型，利用动态中空扭转仪、三轴仪，结合多尺度、多场耦合理论及
有限元数值模型手段，建立波浪、海流联合作用下弹塑性多孔介质土计算分析模型，多
层次开展海洋土的力学特性和变形、液化、冲刷等问题的研究。
（2）建立考虑冲刷效应和海床液化的海洋结构物-海床相互作用的非线性计算模型
针对冲刷、液化等工作环境，建立考虑冲刷效应和海床液化的海洋土—结构物非线性计
算模型。采用并行算法和高性能计算平台，完成多场耦合的复杂理论数值模型计算。重
点研究冲刷前后基础承载力、变形与沉降情况。
（3）建立海洋结构物基础服役期性能评价体系
基于监测信息以及研究内容1~2，考虑海洋环境、海洋土体工程特性，海洋结构物与海
床相互作用效应，建立海洋结构物基础服役期性能评价体系，对服役期性能演化过程进
行判断，揭示其长期性能演化规律
开放课题申请简介
编号 1315
申请人：陆慧敏（九州工业大学）
课题名称：深海潜水器视觉增强系统及海底生物观测研究
研究内容包括：
本课题主要研究深海探测工作过程中，实时图像显示技术的研究。
（1） 分析海底铁锰矿物及泥沙的成分，利用粒度分析仪，计算各种物质对不同波长的
光的散射率和吸收率，确立海底光学成像模型。
（2）分析海底极端环境对生物的影响，确立海底光学成像画质改善模型。
（3）利用自主设计的深海光学成像系统“SDIS-01”和以上提出的两种模型，建立改良型
深海光学成像系统“SDIS-02”。
开放课题申请简介
编号 1316
申请人：刘昌凤（大连理工大学）
课题名称：深水系泊浮式结构物大振幅运动的时域非线性水动力研究
研究内容包括：
(1) 对满足自由水面条件的格林函数以及时域格林函数卷积的计算方法进行研究，提出一
种高效准确的数值算法，以提高该方法在波浪与结构物相互作用问题中的模拟效率。
(2) 应用本项目建立的时域数值模型，对无限及有限水深中各类浮体（半球、圆柱、
Wigley船等）的线性及非线性水动力学问题进行研究，并与解析解、频域解和试验结果
进行对比，分析该方法的准确性、有效性和模拟能力。
(3) 分别对规则波和不规则波作用下的Spar平台半和潜式平台进行研究，分析平台的波
浪力、运动响应、系泊力以及波浪爬高，揭示平台的波频响应和大幅慢漂运动。
开放课题申请简介
编号 1317
申请人：江召兵（解放军理工大学）
课题名称：浮基多体系统在波浪作用下的鞭梢效应
研究内容包括：
（1）理论分析和调研
（2）建立动力学模型
利用多体动力学建立浮基多体的动力学模型，利用流体动力学建立风、浪和风浪联合作
用的模型，并把二者相结合，建立耦合动力学模型。
（3）数值算法研究
利用现代数值计算方法对耦合动力学数学模型进行求解，在验证多体系统程序和风浪数
值水池正确合理的基础上，再对耦合数学控制方程进行求解。
（4）数值计算和机理分析
数值计算包括超高浮基多体系统自身的振动特性、平均风或脉动风对超高浮基多体系统
运动的影响、规则波或不规则波对超高浮基多体系统运动的影响以及风浪联合作用对超
高浮基多体系统运动的影响等。
（5）应用基础分析
根据理论分析和数值计算等研究成果，对海上超高浮基多体系统相关工程建设和使用过
程中的鞭梢效应进行预先评估，就如何避免鞭梢效应进行分析，给出优化设计方面的参
考建议。
开放课题申请简介
编号 1318
申请人：吕超（上海海洋大学）
课题名称：基于叶翼偏角的浪流耦合发电装置形效分析与试验
研究内容包括：
（1）本项目的研究基于前期已有海上试验样机（详见项目工作基础小节）的改进，分析
改进样机为全尺度叶翼偏角自动可调装置机构，形成图纸及加工工艺，进行水槽试验样
机制造。
（2）基于数值仿真模拟与现场水槽试验相结合的手段方法，研究不同叶翼偏角条件下的
机构自启动性与获能效率的演变规律的仿真结果。基于制造的叶翼偏角可调样机模型，
借助水槽试验，研究试验现场获得的相关性能参数变化规律，并加以对比、优化。
（3）基于形成的演变规律，研究构建发电装置机构自启动与获能效率协调控制机制方
法。
（4） 通过仿真与水槽试验，对机构单一波浪作用条件、单一潮流作用下的能效进行测
试，研究浪流耦合发电装置机构的能效捕获比例测试方法。
开放课题申请简介
编号 1319
申请人：郭家虎（安徽理工大学）
课题名称：海上油气田电力系统的直流组网技术研究
研究内容包括：
（1）柴油发电机组及直流输电系统的详细建模
（2）直流电网的控制策略
本课题将对适合于辐射状的直流MESH网的控制策略进行研究，提出可行的控制策略。
（3）直流供电系统的大范围稳定性问题
石油钻井平台上的大型设备的启动一般是利用备用发电机组来进行启动，进行直流组网
后，可以取消备用发电机组，但是必须使得直流输电能在短时间内承受巨大的负荷变化
，要求直流输电系统具备大范围稳定的特性。本课题将对直流输电系统的大范围稳定性
进行研究，并提出相关方法来提高直流输电系统的大范围稳定性。
（4）海上油气田直流电网在故障状态下的响应及控制
海上恶劣的环境，如台风，腐蚀等可能会对海上油气田电力网造成伤害，引起故障，而
且现在的海上平台大量使用大功率变频器，使得平台电网中的谐波含量逐渐增加，存在
安全隐患，影响石油的正常生产。所以本课题将对海上油气田直流电网可能发生的故障
进行分析，研究其应对措施和解决方案。
开放课题申请简介
编号 1320
申请人：张吉萍（浙江海洋学院）
课题名称：液货晃荡对船舶疲劳性能影响研究
研究内容包括：
（1）液体晃荡运动的影响因素研究。通过液舱晃荡试验，研究液舱内流体的物理特性(
粘性、密度、可压缩性)、载液深度、液舱形状以及内部结构形式等因素对液货晃荡运动
的影响；研究外界激励（液货舱的运动，包括横摇、纵摇、垂荡等）的频率和幅度对液
货晃荡运动的影响。
（2）液货晃荡对船体水动力性能影响的力学模型研究。通过船模运动试验，考虑液货晃
荡各项影响因素建立弹簧-质量力学模型，以此简化模拟液货晃荡对液货船运动的影响；
模拟研究弹簧-质量力学模型以及波浪载荷的共同作用，建立液货船运动的数学模型；进
行考虑液货晃荡影响以及不考虑液货晃荡影响的液货船水动力性能的对比研究。
（3）考虑液货晃荡的液货船疲劳评估方法研究。基于液货船考虑波浪载荷以及液货晃荡
的水动力性能长期分析，确定基于设计波方法的疲劳简化分析的载荷；将外部水动压力
、液货晃荡的内部水动压力以及与船体运动相关的各项惯性力施加到船体结构中进行疲
劳损伤强度评估。
开放课题申请简介
编号 1321
申请人：余龙（上海交通大学）
课题名称：漂浮式水平轴带导管海流发电涡轮机翼型优化及系泊特性
研究
研究内容包括：
本研究以一种带导管漂浮式水平轴海流发电涡轮机的翼型水动力性能优化和定位系统动
力特性为对象，建立涡轮机的定常分析模型并优化相关翼型；建立涡轮机系泊系统模
型，考虑垂向非均匀来流状态下涡轮机系泊系统的动力响应，进行相关实验验证。
开放课题申请简介
编号 1322
申请人：桑松（中国海洋大学）
课题名称： SPAR 型浮式风电基础结构运动稳定性研究及模型实验分
析
研究内容包括：
（1）建立环境载荷作用下浮式结构横摇运动方程，采用多尺度法给出方程的近似解 。
考虑浮式结构横摇过程中非线性特性，给出最符合深海环境载荷作用下的浮式结构横摇
运动方程；采用多尺度法给出主共振情况下横摇方程的二阶近似解，与采用传统的数值
计算法的输出结果进行比较，从而验证该方法的适用性。
（2）采用Floquet理论对解的稳定性进行分析，阐述产生混沌和分岔等现象的原因。
深海环境载荷作用下浮式结构的横摇问题可看成是受环境激励下非线性系统的稳定性问
题，而非线性系统最大的特点就是解的稳定性问题。
（3）采用 Lyapunov 特征指数法对系统的混沌态进行识别，并利用该理论确定系统出
现混沌态时外激励的阀值。
系统发生分岔、跳跃以及混沌等现象是非线性系统最显著特征，也是深海浮式结构发生
横摇甚至倾覆的最直接原因，一直以来是广大科技人员关注的焦点问题。
开放课题申请简介
编号 1324
申请人：尹静波（上海交通大学）
课题名称：上海国际航运中心服务评价指标体系研究
研究内容包括：
（1）判断未来国际航运中心服务体系建设面临的国内外形势
本课题将从集疏运体系、航运服务、综合试验区等各因素方面设立二级分析指标，并收
集各国际航运中心历史数据，运用因子聚类、因子分析等方法，分析其可改进方向。其
次将对各国际航运中心（包括伦敦、纽约、香港、新加坡等）历史数据，并进行回归分
析，总结各类政策对国家航运经济的促进作用。通过与中国采取政策的对比分析，对政
策实施情况进行客观评估。
（2）梳理借鉴香港、新加坡等东亚航运中心的政策设计经验
香港、新加坡作为亚洲地区最成功的国际航运中心，除注重硬件基础设施建设，如集装
箱深水枢纽港建设外，其对港口及航运服务业的政策制度值得借鉴。本课题将全面梳理
香港、新加坡在国家航运目标、组织机构设置、监督管理机构等各个方面的政策制度，
为上海综合试验区政策制定提供参考。
（3）提出国际航运发展综合试验区新一轮政策突破的思路和对策建议
通过对上海国际航运发展综合试验区面临的国内外形势、发展需求以及与香港、新加坡
、伦敦等国际航运中心的对比分析，本课题计划从分析结果研究发展综合试验区新一轮
政策制定需遵循的思路，并提出科学合理的政策建议。
开放课题申请简介
编号 1325
申请人：金建钢（上海交通大学）
课题名称：大型集装箱码头堆场空间分配及场桥调度协同优化——
建模及算法研究
研究内容包括：
本项目的研究内容为大型集装箱码头堆场空间分配及场桥调度协同优化，由以下三个
具体研究内容构成：
（1）堆场空间分配及场桥调度相互作用机制研究
（2）协同优化建模研究
（3）算法设计
开放课题申请简介
编号 1326
申请人：唐国元（华中科技大学）
课题名称：基于控制力矩陀螺的水下航行体运动控制方法研究
研究内容包括：
本项目致力于利用CMGs作为执行机构对水下航行体进行姿态控制。具体而言，研究内
容主要包括以下几个方面：
•
（1）CMGs系统的数量、构型以及在水下航行体中的布局研究
•
（2）以CMGs作为执行机构的水下航行体动力学模型及运动特性研究
•
（3）以CMGs作为执行机构的水下航行体控制方法研究
•
（4）CMGs操纵律的研究
•
（5）CMGs伺服系统的分析和设计研究
•
（6）实验研究
开放课题申请简介
编号 1327
申请人：宋元斌（上海交通大学）
课题名称：多船多约束条件下集装箱码头岸边桥式起重机调度优化
研究内容包括：
本课题的研究内容主要包括以下5个模块：
（1）岸桥调度约束体系
（2）装船任务的排序生成系统
（3）优化模型与求解算法
（4）编程
（5）案例研究
开放课题申请简介
编号 1328
申请人：谷家扬（江苏科技大学）
课题名称：深水多立柱FDPSO非线性涡激特性及运动稳定性机理研究
研究内容包括：
开展多立柱FDPSO涡激运动相关研究，特别计及其独特的新型升
沉补偿系统（SRV或TLD）对FDPSO涡激运动的耦合作用。建立外部
海洋环境、平台主体结构、升沉补偿系统及自身动力特性等多因素下
深水多立柱FDPSO涡激运动特性的定量描述及预报模型。
提出在深水实验室中进行多立柱FDPSO涡激运动试验研究，充分
考虑到系泊系统、立管涡激振动等对平台主体涡激运动的影响，突破
现有涡激运动相关试验研究多在拖曳水池中简化进行的局限。
开放课题申请简介
编号 1329
申请人： 刘贵杰（中国海洋大学）
课题名称：鱼类测线机理及其在AUV导航中的应用研究
研究内容包括：
人工侧线传感已获得更多的关注。本项目的目标是使仿生AUV装备流量传感的能力
，以补充声呐和视觉的传统方式。利用项目组正在研究的一个综合信号处理框架，侧线
信号来指导仿生AUV的水下运动。
其中海洋环境流体力学建模是本项目中的一个重要部分，由于我校科研团队多年来一直
从事这方面的研究，已形成了较为成熟的理论和方法，已有成熟的研究成果可以直接应
用到本项目。因此，该部分就不再作为本项目的主要内容加以研究。项目的主要研究内
容主要集中在以下四个部分：
鱼体侧线系统工作机理研究
侧线管内外流体动态数值模拟分析
流感传感器的设计研究
识别方法研究
开放课题申请简介
编号 1330
申请人：陈 阳（常州大学）
课题名称：水下移动平台水声OFDM通信技术研究
研究内容包括：
本项目旨在研究服务于水下移动平台的高速率水声移动通信技术。项目在探索水声
OFDM移动通信中存在的基础问题和技术难点的基础上，提出在水声OFDM通信体制中
，采用同步导频复用技术，利用OFDM导频实现帧信号的时间同步和多普勒的粗同步，
提高通信的带宽效率。在多普勒粗同步的基础上，发展空子载波内插高精度多普勒估计
技术，实现水声宽带信号非一致多普勒频偏的高精度估计。旨在为发展高速水声移动通
信技术奠定基础，为水下移动平台语音、视频等通新应用需求提供必要水声通信技术支
持。
开放课题申请简介
编号 1332
申请人：庞福振（哈尔滨工程大学）
课题名称：船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报方法研究
研究内容包括：
本研究拟将波动分析方法引入船舶及海洋工程结构中低频段振动噪声预报领域，并
对收敛时间及求解效率进行控制；结合振动噪声频域分析方法及模型验证试验，提出船
舶及海洋工程结构中低频线谱振动噪声分析的时频综合预报法，从而实现船舶及海洋工
程结构中低频段线谱振动噪声的快速、准确预报，解决船舶及海洋工程结构频带振动噪
声预报存在的预报精度与求解效率问题，为船舶及海洋工程结构中低频段线谱振动噪声
预报评估及定量声学设计提供依据。主要研究包括：
1)船舶及海洋工程结构振动噪声时域激励载荷分析技术
2)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报模型简化方法
3)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报方法
4)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报法验证试验
开放课题申请简介
编号 1331
申请人：孙玉山 （哈尔滨工程大学）
课题名称：基于自抗扰的欠驱动AUV轨迹跟踪控制方法研究
研究内容包括：
欠驱动AUV的运动控制的突出特点是水下环境及其控制的欠驱动特性。AUV易受外界环
境扰动影响，在水水下运动时受海流、涡旋等影响载体摇荡较大；在某些自由度上无法
实现直接运动控制，其运动控制存在自由度耦合现象，属于欠驱动控制；AUV航行速度
较水面船舶、鱼雷慢很多，低速航行时，舵力小，更难于操纵控制，并且存在控制输入
饱和现象和运动状态约束。因此本项目重点研究智能水下机器人的欠驱动、系统内部动
态不确定性和外部干扰、控制输入饱和、运动状态约束条件特性下等控制问题，利用自
抗扰控制优点结合欠驱动AUV运动控制特性，开展基于自抗扰的欠驱动AUV轨迹跟踪控
制方法研究。
开放课题申请简介
编号 1332
申请人：庞福振（哈尔滨工程大学）
课题名称：船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报方法研究
研究内容包括：
本研究拟将波动分析方法引入船舶及海洋工程结构中低频段振动噪声预报领域，并
对收敛时间及求解效率进行控制；结合振动噪声频域分析方法及模型验证试验，提出船
舶及海洋工程结构中低频线谱振动噪声分析的时频综合预报法，从而实现船舶及海洋工
程结构中低频段线谱振动噪声的快速、准确预报，解决船舶及海洋工程结构频带振动噪
声预报存在的预报精度与求解效率问题，为船舶及海洋工程结构中低频段线谱振动噪声
预报评估及定量声学设计提供依据。主要研究包括：
1)船舶及海洋工程结构振动噪声时域激励载荷分析技术
2)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报模型简化方法
3)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报方法
4)船舶及海洋工程结构振动噪声时频综合预报法验证试验
开放课题申请简介
编号 1333
申请人：王诗平（哈尔滨工程大学）
课题名称：水中结构在瞬态冲击载荷作用下流固耦合特性研究
研究内容包括：
1）目标结构强度在气泡动弯矩及高速射流作用下毁伤效应研究
•
气泡运动形成气泡动弯矩的规律研究；
•
目标结构总强度在气泡动弯矩作用下的毁伤效应研究；
•
气泡坍塌形成定向高速射流的宽度、速度及载荷规律研究；
•
局部结构在高速射流作用下的毁伤效应研究。
2）战斗部装药形状、种类及海洋环境对结构毁伤效应影响研究
•
现有装药形状对结构毁伤效应影响研究；
•
现有装药种类对结构毁伤效应影响研究；
•
海洋环境反射冲击波对结构毁伤效应影响研究。
3）水中结构在气泡瞬态载荷作用下毁伤快速计算方法研究
•
水中结构在瞬态载荷作用下的毁伤规律参数工程化研究；
•
水中结构在瞬态载荷作用下的毁伤计算方法研究；
•
水中结构在瞬态载荷作用下的毁伤规律研究。
开放课题申请简介
编号 1334
申请人：许国冬（哈尔滨工程大学）
课题名称：联轴往复式风能、海流能换能装置的流体动力学研究
研究内容包括：
课题确立联轴往复式风能、海流能转换装置的流体动力学研究的课题，将研究往复式翼型在匀速来流
中大幅垂向运动与转动的流体动力学性能，建立三维机翼的非定常运动力学模型，分析不同运动参数
的能量采集效率。机翼在垂直方向做周期性上下运动，同时机翼绕翼身中弦线上的某一点（通常是前
端三分之一处）做旋转运动。以机翼的转动中心为参考,机翼垂向运动的相对速度与来流速度形成合速
度，其与机翼弦向的夹角可定义为有效攻角 ，如图1所示。来流与机翼夹角为 ，考虑机翼自身的垂向
运动 ，来流与机翼的有效攻角变为 。当机翼向上运动时，机翼受到来流向上的动升力；当机翼向下
运动时，机翼与来流的有效攻角反向，将产生向下的推力。如此往复的机翼可与杆件相连，通过曲轴
结构将往复式运动转换为转动运动，进而可以推动电机发电。为保证机构运动的稳定性与可持续性，
采用三个以上的叶片，可设计为风能、海流能换能装置。课题将围绕相应的流体动力学问题展开以下
几个方面内容与目标的研究。
a)建立三维机翼的非定常运动力学模型，采用势流理论与边界元法，推导合适的非定常库塔条件，开
发非线性下泄涡模型，计算无粘性流场中翼型的流体力学特性；结合摩擦力计算的经验公式，对水动
力进行摩擦阻力修正，完成大幅运动振动翼的力学建模与程序开发。
b)给定来流速度，研究振动频率、振幅、有效攻角、平动转动相位差等参数对的能量采集效率的影响
，研究包含高倍频运动的平动或转动运动的运动模式对能量采集的影响，优选适合的运动参数。
c)考察各个不同叶片间的流场干扰对能量采集效率的影响，研究自由面效应、壁面效应对总体装置的
能量采集效率的影响。给出一些指导性建议，避免实际设计与安装过程中可能出现的不良影响。
开放课题申请简介
编号 1335
申请人：盛明伟（哈尔滨工程大学）
课题名称：深海水下弱匹配条件下图像特征提取方法研究
研究内容包括：
（1）建立图像尺度空间，在尺度空间内改进基于模板的角点提取算法进行快速角点检测，以形成新
的特征点的描述子，通过与SURF等特征提取方法进行对比分析，提高所研究算法的速度和适用性；
（2）进行水池激光与微光下水下目标物的图像采集实验，对适用于水下图像增强的预处理的图像增
强算法进行研究，并验证（1）所提的基于改进模板角点提取算法，改进和修正相应的算法；
（3）通过循环水槽造波模拟海流扰动作用，利用微光摄像机采集水下图像，进行弱匹配条件下图像
特征提取方法的对比实验，增强图像的可匹配性。
开放课题申请简介
编号 1336
申请人：王超（哈尔滨工程大学）
课题名称：船舶对转桨实效适伴流设计方法研究
主要研究目标如下：
•
（1）基于实验结果及数值模拟结果比较，建立一套船桨干扰流场（表现速度场）
的精确模拟方法。
•
（2）通过本课题的研究，最终形成一套基于粘流及势流耦合方式的船舶实效伴流
预报方法。
•
（3）通过本课题的研究，形成一套完善的对转桨实效适伴流理论设计方法。
研究内容包括：
•
（1）船后伴流场获取方法研究
•
（2）螺旋桨非定常诱导速度场的预报方法研究
•
（3）螺旋桨准定常水动力性能的预报方法研究
•
（4）对转桨实效适伴流设计方法研究
开放课题申请简介
编号 1337
申请人：孙士丽（哈尔滨工程大学）
课题名称：波浪环境中非轴对称体落水砰击的力学特征研究
研究内容包括：
（1）对于在波浪中的结构入水问题，描述波浪的物理量（如波高、波幅、入射势等）无
法直接转化到该拉伸坐标系中。因此对该问题来说，网格布置及数据传递等又成为了一
个亟待解决的问题。为此，本项目根据波浪中结构入水的特点，开发可适用于波浪中结
构入水的拓展坐标系，由于波浪的某些物理参数无法直接转换到拓展坐标系中，本项目
将与波浪相关的部分参数以及与物体运动相关的物理量转换到拓展坐标系中，即采用局
部转换的方法来解决该问题。
（2）采用改进的欧拉方法更新自由液面。Sun & Wu (2013b)中提出了一种改进的欧拉
方法成功解决了非轴对称体进入静水中的砰击问题，但该方法是在物理模型具有相似解
的前提下提出的，主要是克服自由液面复杂三维变形给时域计算带来的累计误差。显然
结构在波浪中入水存在这种累计误差问题，但并不存在相似解。因此本项目在Sun & Wu
(2013b)提出的改进欧拉方法的基础上，结合波浪中结构入水的特点，开发应用范围更广
的欧拉方法更新自由液面的位置及速度势，这也是本项目可以顺利进行的关键。
开放课题申请简介
编号 1338
申请人：倪宝玉（哈尔滨工程大学）
课题名称：超近边界处气泡破裂及射流载荷特性研究
研究内容包括：
•
1）超近壁面处气泡的坍塌射流数值模拟
•
2）超近自由面处气泡的上浮破裂数值模拟
•
3）超近边界处气泡运动物理实验研究
主要的创新点总结如下：
•
1）在数值上研究了距离参数λ ≤ 0.5的超近边界处气泡的动态演化，提出了“水膜消
除技术”和 “接触射流切割技术”等数值手段，数值模型通过自主设
•
计实验所验证；
•
2）研究了超近壁面气泡射流载荷，提出“非接触射流”和“接触射流”不同射流模式，
并给出了二者的分界值。
开放课题申请简介
编号 1339
申请人：王卓（哈尔滨工程大学）
课题名称：基于多水下机器人（MAUV）的组网通讯技术
研究内容包括：
（1）水声通讯节点间的自适应连接探测机制研究
由于受到水下环境的限制和载体运动方式的影响，水声通信设备之间无法长时间保持稳定的链路。另
外水下接收不到GPS信息，因此实现全网同步通常比较困难。虽然存在这些问题，但是水下移动网络
节点又存在着节点数目较少，作为移动节点的水下移动平台的运动模型和全局规划路径已知的优势。
因此本项目拟在已知的运动模型和规划路径提供信息的基础上提出一种基于模型预测的自适应连接探
测机制。
（2）建立弱通信条件下的半双工水声通讯路由协议
由于受到水下环境的限制和载体运动方式的影响,水声通信设备之间无法长时间保持稳定的链路。另外
，构建水下网络大多采用成本较低的半双工声通讯设备，这种模式下实现高效的路由策略并保持节点
的能耗是另一个有待解决的问题。本课题在借鉴容迟网络(Delay Tolerant Networks, DTN)概念的基础
上，综合考虑具有容迟功能的节点信息缓存和数据实时传输的要求，研究并提出一套半双工模式下的
水声通讯多跳路由协议。
（3）面向移动组网的分布式协同规划方法研究
为了将分布式协同组网任务和协同探测任务加入到路径规划策略的约束条件当中组网过程中，本项目
拟提出基于行为和滚动规划相结合的水下机器人实时路径规划方法。按照每个采样时刻规划窗口内机
器人上传感器对周围环境的感知方式，提出了水下机器人工作的周围环境的类别划分方法，根据每种
类别情况和组网探测任务建立了模糊规则库，设计基于模糊控制的实时滚动路径规划器。
开放课题申请简介
编号 1340
申请人：周斌珍（哈尔滨工程大学）
课题名称：波浪与深水海洋结构物相互作用的完全非线性模拟研究
研究内容包括：
(1)三维完全非线性波浪数值模拟方法的研究
基于势流理论，应用高阶边界元方法建立完全非线性数值波浪水池模型，通过不同边界条件生成不同
类型的波浪：单向波，多向波、极值波；开展不同波浪频率、波幅、波浪入射方向情况下非线性波浪
演化的数值模拟；研究不同因素组合条件下波浪的非线性运动特性和动力特性，探索非线性波浪的生
成机理，揭示波浪之间非线性相互作用的规律，为模拟波浪与浮体的非线性相互作用提供入射波参数
。
(2)完全非线性波浪与浮体相互作用数值模拟方法的研究
基于入散射波分离技术，建立开敞水域完全非线性数值波浪模型；开展完全非线性波浪与浮体相互作
用的数值模拟研究；研究不同非线性强度下物体周围波浪爬高、波浪荷载、运动响应，及与各波浪要
素、结构形式间的相互关系；考察强非线性条件下波浪对结构物作用的一些物理现象；对比分析完全
非线性结果与线性及二阶非线性结果的差异，给出不同分析方法的适用范围；与已发表的实验和数值
结果进行对比，研究本课题所建立开敞水域完全非线性数值波浪模型的准确性和优越性，并据此探讨
研究完全非线性波浪与浮体的作用机理。
(3)张力腿平台高频共振响应（Ringing）现象研究
建立张力腿受力与平台位移之间的关系；通过计算得到张力腿平台各方向的固有频率；利用开敞水域
完全非线性数值波浪模型模拟规则波和不规则波对张力腿平台的作用，观察张力腿平台的高频共振现
象，分析波浪要素对平台垂向和纵摇方向高频共振响应及张力腿张力时间历程以及各倍频分量的影响
，从波浪非线性特性角度揭示ringing现象产生的机理及其影响因素。
开放课题申请简介
编号 1341
申请人：吕艳卓（哈尔滨工程大学）
课题名称：海下电源Mg-Li基合金-H2O2半燃料电池的研究
研究内容包括：
本项目系统研究Mg-Li基合金在海水溶液中的电氧化行为，考察不同Mg-Li基合金组分（如添加稀土元
素La等）对其电化学性能的影响；在电解质溶液中添加添加剂，研究其对Mg-Li基合金放电性能的影
响；以Mg-Li基合金作为阳极，组装Mg-Li基合金-H2O2半燃料电池，测试其性能。
(a) 研究Mg-Li基合金组分与其电化学性能之间的作用规律；
(b) 研究电解液添加剂组分与Mg-Li基合金的电化学性能之间的作用规律；
(c) 研究电解液添加剂组分对Mg-Li基合金放电性能的影响机制。
开放课题申请简介
编号 1342
申请人：郭龙祥（哈尔滨工程大学）
课题名称：基于多波束声纳的热液喷发量测量方法与技术研究
研究内容包括：
声学方法的热液喷口物质量测量技术研究思路是在声学反向散射的物质量测量理论推算基础上
进行热液喷口物质量测量与标定、搭建模拟热液喷口实验装置检验声学方法热液喷发物质量测量方法
性能和测量精度，然后利用潜器通常配备的声纳装置，根据测量换算关系实现对热液喷口物质量测量
。根据上述研究构思，研究内容包括三个主要部分：
声学方法热液喷发物质量测量方法理论分析
根据声学反向散射理论，在软球型体散射模型基础上，对热液喷发气泡的尺度分布、谐振频率
、散射强度进行分析，从而建立声纳回波目标强度与热液喷发物质量换算之间的传递关系；
模拟热液喷口实验装置及测试
建立热液喷口模拟实验装置，通过水池实验模拟喷口实验装置，可以控制喷发气体的流速、压
力，并模拟伴生喷发颗粒，从而检验声学方法热液喷口物质量测量能力、建立声学反向散射强度与物
质量之间的推算关系供潜器声纳热液观测应用并提供指标考核的基础。
基于潜器声纳热液喷口物质推算技术
本任务研究是在进行理论分析声学回波与物质量之间关系测量标定基础上，利用潜器上现有声
纳，根据数据接口和数据库，借以实现潜器热液喷口物质量测量技术。
开放课题申请简介
编号 1343
申请人：张建华（哈尔滨工程大学）
课题名称：海上风电基础结构防撞装置设计与优化
研究内容包括：
（1）新型复合材料海上风电基础结构防撞装置设计
根据复合材料高强轻质、耐磨、耐腐蚀、弹性模量低的特点，同时考虑到便于海上施工，设计一种具
有自浮、分段装配特点的消能型防撞装置。
（2）海上风电基础结构防撞装置动力损伤力学模型研究
建立船舶碰撞模型和复合材料防撞装置损伤动力力学本构模型，研究复合材料防撞装置在船舶撞击下
的损伤和吸能能力。
（3）不同碰撞场景船舶撞击中防撞装置与基础结构动力学分析
研究相同条件下的船舶与不同上部质量的海上风电结构发生碰撞、相同条件下的船舶与不同管节点厚
度的海上风电结构发生碰撞以及相同条件下的船舶与不同水深中的海上风电结构，在船舶撞击作用防
撞装置与基础结构及风机的动力响应，评价防撞器的吸能效果。
（4）防撞装置结构分析与优化
综合考虑船舶撞击的关键因素（刚度、速度、质量、撞击方向等）对防撞装置吸能能力的影响，优化
防撞装置截面型式、复合材料铺层厚度、加劲位置等，探寻其最佳结构形式。
开放课题申请简介
编号 1344
申请人：王向红（哈尔滨工程大学）
课题名称：深海水声环境参数盲估计技术研究
研究内容包括：
（1）深海水声环境参数盲估计技术研究中，本项目提出的方法能够完成基于线性调频(Liner
Frequency Modulation，LFM)信号的水声信道估计。其技术要点是，将局限于时间域的肓信道估计问
题扩展到二维的时频平面，使信号的时频特征得到分离，使用具有较好抗噪性能的RGK时频分析，将
有利于低信噪比条件下的信道盲估计。
（2）由于多径时延的分辨力受限于信号自相关函数的主瓣宽度，因此传统的相关检测多径时延方法
对发射和接收机要求过高，而在信道均衡、多径信号分离等很多情况下，分离时延差远小于该主瓣宽
度的多径分量。现有的某些多径时延估计算法的时延分辨力有限，本项目将高精度多径时延参数估计
方法应用于水声信道的多途信号分离之中，进一步提高信号分离的性能和有效性。
开放课题申请简介
编号 1345
申请人：张强（哈尔滨工程大学）
课题名称：水下集成电机推进器关键技术的研究
研究内容包括：
（1）高功率密度推进电机设计技术的研究
推进电机作为IMP的核心，要求在输出功率尽可能大的同时，体积尽可能的小，即要求推进电机功率密度高。传统径
向磁场电机受到其固有结构的限制功率密度提升空间有限；而轴向磁场和横向磁场电机虽然功率密度高，但是从流体
力学角度考虑，电机的径向尺寸不能过大。同时考虑到运行时的电磁噪音、水下特殊的散热条件等问题，因此需要在
运行原理、具体结构、设计、电磁场分析等方面对IMP使用的推进电机进行深入研究。
（2）磁耦合传动技术
传统的传动方式是将螺旋桨直接固定在电机或减速器的输出轴上，为了满足水下工作的需求，必须在输出轴和密封壳
体交接处采用动密封结构。而将磁耦合技术应用于IMP中，螺旋桨和输出周之间利用磁场耦合，不存在机械连接，利
用静密封结构就可以实现机械能从推进电机到螺旋桨的传递，避免了动密封结构复杂，可靠性低的缺点，可有效提高
IMP的密封性能和工作深度。并且当螺旋桨被水下物体缠绕、堵转时，不会对IMP内部电机和减速机构造成不可恢复性
的物理损伤，可极大地增强IMP的水下工作能力。主要研究内容：磁耦合结构设计，电磁场计算、分析等
（3）矢量推进IMP技术
现有的IMP只能提供沿其固定轴线方向推进动力，水下运载器必须依靠不同推进方向的多个IMP联合工作，或利用方向
舵等辅助设备才能实现水下的多方向运动，这不仅增加了水下运载器的体积和重量，而且也增加了运动控制的复杂性
，降低了水下运载器的安全性、可靠性。水下多自由度IMP，无需借助其他IMP或方向舵等装置，通过改变自身螺旋桨
的推进方向，就可以灵活地调节水下运载器的运动方向。主要研究内容：矢量推进IMP的结构设计、电磁场分析等
开放课题申请简介
编号 1346
申请人：靳国永（哈尔滨工程大学）
课题名称：复杂隔振系统－壳体耦合结构振声特性及其主动控制研究
研究内容包括：
（1）复杂隔振系统－壳体结构-声辐射耦合的整体分析与控制模型的理论建模
；
（2）复杂隔振系统－壳体耦合结构的声振特性分析、振声能量传递及其辐射
机理；
（3）面向声辐射的壳体耦合结构主动控制研究，包括提出面向结构声辐射的
误差传感策略和基于主动隔振的结构声辐射主动控制策略，建立主动控制的传
感和控制模型并进行主动控制性能仿真分析；探讨主动作动器作用形式、数目
及不同布放位置对主动隔振性能和声辐射控制的影响；分析整个耦合系统结构
物理参数对声辐射控制的影响等；
（4）主动隔振对船体耦合系统声辐射的控制机理研究，研究各种误差传感策
略和控制策略下的主动隔振对船体耦合结构声辐射的控制机理。