我国船舶与海洋工程装备发展现状及展望

摘要:船舶与海洋工程装备(简称船海装备)是开展海洋运输、资源开发、科学考察、权益维护等活动的直接载体,加快建设制造强国和海洋强国的重要支撑;总结我国船海装备领域的发展成就与经验并谋划未来布局方向,对巩固船海装备制造业优势、促进船海装备领域高质量发展具有重要意义。本文从船海装备领域整体进展、重点船海装备发展情况、船海装备领域发展经验等方面梳理了我国船海装备领域发展现状,在辨析我国船海装备领域发展环境的基础上,凝练了更加注重绿色环保高效,数字化、智能化、无人化发展,深远海资源开发利用多元化、融合化等领域发展趋势。面向未来,可重点布局远洋运输船舶、内河绿色智能船舶、深海油气资源开发装备、海洋新兴资源开发装备、深海探测与作业通用装备、深远海综合保障装备,发展船海装备节能与环保、船海装备数智化、船海动力与能源、船海装备试验验证、关键材料应用、船舶智能制造等共性关键技术,同步加强以智能设计与优化、自主航行运输船舶、无人车间/船厂为代表的前沿技术研究,以形成高端船海装备研发能力、带动关键系统设备工程应用、解决基础前沿技术能力薄弱问题。

固态储氢技术在船海领域的应用研究进展

摘要:氢能是降低船舶领域碳排放,推动船舶动力绿色、可持续发展的有效途径。固态储氢技术因其体积储氢密度高、使用安全性好等优势,为船用氢燃料的安全高效储存问题提供了极具潜力的解决方案。本文梳理了固态储氢技术的原理、分类及特点,阐述了其在船海领域的应用现状,分析了该技术在船舶行业应用中面临的挑战,并对其未来发展趋势进行了展望,旨在为推动固态储氢技术在船海领域的广泛应用提供一定的理论参考。

船用巴沙木芯钢—复合材料接头性能优化设计

摘要: 为提高船用巴沙木芯钢—复合材料接头承载能力,采用有限元模拟对其进行性能优化。首先利用Abaqus 软件中的VUMAT 子程序构建了巴沙木材料失效准则,随后建立胶接巴沙木夹芯钢—复合材料连接接头的模型,经由计算结果同实验结果的对比来证实仿真的精准性。同时分析原始结构失效原因,并对其进行钢板末端改为完全延伸的形式和增加木芯转角的初步形状优化,接着通过SIGHT 软件集成实验设计(DOE)模块中的最优拉丁超立方算法进行设计采样,根据采样点构建响应面模型,最终将结构质量、极限承载力和刚度作为优化目标函数,基于NCGA 遗传算法对巴沙木芯钢−复合材料接头开展了多目标优化。优化后的结构比初始方案的质量下降17.4%,极限承载力提高13.1%。

超临界二氧化碳发电系统在未来舰船动力领域的应用前景与关键技术分析

摘要:超临界二氧化碳(S-CO2)发电系统以S-CO2 作为工质,基于真实气体的闭式布雷顿循环,通过直接或间接方式将热源释热转换为电能,具有功率密度高、循环效率高等优势,可以较好地满足未来舰船动力发展的需求。通过介绍S-CO2 发电系统的技术特点及其近60 年的发展历程,提出面向舰船总体设计和动力系统应用的 7 种关键技术,涵盖总体设计、协调匹配、运行控制、电磁兼容、减振降噪、工质控制、安全可靠等方面,并基于系统工程方法论,梳理并提出舰船S-CO2 发电系统设计的总体思路。

水深对喷水推进器内部流场的影响

摘要:[目的]为探究水深对喷水推进器内部流场的影响,[方法]以WJPLAB-2018 型喷水推进泵为例,对其敞水性能进行数值模拟,并将所得结果与试验结果进行对比,验证所采用数值模拟方法的有效性。基于建立的数值模拟方法对不同浅水工况下喷水推进器的水动力特性、进水流道内的流动细节和叶片的压力分布进行分析。[结果]结果表明:随着水深的减小,进水流道内的流动分离现象增强,诱导出的涡旋尺度增大,从而对进流质量产生影响。特别是在极浅水工况下,连续涡旋的存在会显著加剧流道出口流体流动的不均匀性,导致叶片所受压力下降且分布不均,进而影响推进泵的推进效率和内流稳定性。[结论]研究成果可为浅水海域喷水推进船舶的安全航行提供参考。

大洋钻探船技术发展现状及趋势

摘要:目前,国际大洋科学钻探共经历了4 个主要阶段:深海钻探计划、国际大洋钻探计划、综合大洋钻探计划、国际大洋发现计划,各阶段均取得了重要科学成果。其中,我国先后主导了3 个计划(4 个航次)的大洋科学钻探,并在南海取得了一系列科学成果。国际大洋科学钻探的发展阶段与大洋钻探船的发展息息相关,该文按照时间顺序介绍了国内外大洋钻探船的发展历程,重点介绍了我国首艘大洋钻探船“梦想”号的技术特点,并结合大洋科学钻探发展历程与大洋钻探船更新迭代规律,分析了大洋科学钻探技术发展趋势,为相关领域的科学研究提供了参考。

小型无人船关键技术在南极近岸海底地形调查中的应用

摘要:南极大陆是研究全球气候变化的典型区域,也是开展科学考察的“天然实验室”,挖掘南极科考潜力对提升我国在南极领域的话语权具有重要意义。南极近岸海域是全球海洋调查的重点关注区域,现场实测数据可以为合理开发利用南极资源提供数据支撑,但受其高海拔、低温、强风等极端条件影响,南极近岸海域数据资料极度匮乏。随着无人船应用领域逐渐拓宽,这一困境在未来将得到进一步解决。本文主要围绕南极近岸海域作业环境的特殊性,聚焦小型无人船关键技术,分别从船体设计与续航保障、高精度定位、自主避障、通信控制四个主要方面对南极近岸海域场景下小型无人船的具体应用进行分析,旨在完善一套能够适应极区环境作业的无人船系统模式,为未来无人智能设备在南极现场的实际应用奠定基础。

船舶清洁能源技术发展现状

摘要:[目的] 为研究船舶与海洋工程领域对应节能减排国际形势的相关措施,[方法] 阐述液化天然气(LNG)、甲醇、氨气和氢气等清洁能源在船舶领域的应用可行性与存在的问题,对船舶清洁能源的应用进展进行分析,[结果] 厘清未来船舶清洁能源的重要发展方向与应对策略,[结论] 为船舶节能减排技术发展提供参考。

面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接研究

摘要:为了适应不同船舶的焊接需求,缩短船舶焊接时间,研究面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接方法。构建多焊接机器人的焊接动态力平衡方程,设置约束条件并建立焊接规划模型,采用区域划分法划分舰船焊点分区,通过元启发嵌套算法设计多机器人协同焊接规划流程。利用分数阶PID控制器,将焊接控制的传递函数转化为整数阶传递函数,控制机器人精准跟踪目标焊缝,输出理想的船舶焊接轨迹。实验结果表明,采用该技术执行焊接任务的总均衡性高达0.935,具有良好的应用效果。

跨介质航行器水下推进技术研究进展与展望

摘要:[目的] 跨介质航行器(HAAV)兼具空中飞行器的高度机动性和水下潜航器的长续航性与强隐蔽性,且在多维度海洋信息勘探、生态环境监测、海上应急救援等领域具有广阔的应用前景,吸引了航空航天、船舶海洋、智能装备等行业的广泛关注。为促进跨介质航行器水下推进技术的进一步发展,[方法] 在构型分类的基础上,从推进器型式的角度将跨介质航行器分为传统水下推进技术、空水复用推进技术和特种仿生推进技术。对各种水下推进技术的工作原理、性能分析、设计应用现状及技术瓶颈进行梳理,并对该技术未来发展方向进行展望。[ 结果] 结果表明:高性能HAAV 水下推进技术的机理深化、概念创新和方案论证研究是该领域未来的重要发展趋势。[结论] 研究成果可为跨介质航行器水下推进技术提供一定参考。