虾蟹塘投饵船三叶螺旋桨设计及水动力仿真分析

摘 要：为提高虾蟹塘投饵船投饵精确率，降低工作能耗，增加工作稳定性及可靠性，本文提出了一种针对虾蟹塘投饵船三叶螺旋桨的设计与水动力仿真实验。首先根据船体尺寸和整体功耗上限确定三种适宜虾蟹塘投饵船所搭载的螺旋桨直径尺寸分别为0.05m、0.06m和0.07m，并以船舶螺旋桨射流理论方程和叶片边缘点坐标方程为基础，通过叶片边缘三维坐标生成三维叶片曲线，从而建立螺旋桨三维模型。进而应用AnsysCFD软件，采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程以及SST k-ω湍流模型构建水动力仿真实验，分析螺旋桨最大轴向射流速度与平均轴向射流速度之间的误差，通过分析各螺旋桨叶片截面压力、转速以及平均轴向射流速度之间的关系来获得具有较好敞水性能的螺旋桨。最后通过虾蟹塘实地实验，分析实际船速与最大轴向射流速度之间的误差验证螺旋桨设计的可靠性，同时在满足虾蟹塘投饵船船速、船体推力以及整体功耗的情况下，以螺旋桨工作效率为实验指标，对比在不同转速下各直径螺旋桨的实际工作效率。结果表明：本文针对虾蟹塘投饵船螺旋桨的设计方法是可行的，实际船速与最大轴向射流速度之间的误差小于10%，同时，虾蟹塘投饵船在搭载直径0.07m螺旋桨、转速3500r/min时，螺旋桨工作能耗为135W，最高平均船速为1.46m/s，工作效率达70.9%。     

海洋牧场组合式无人监测船设计与试验

随着海洋牧场建设向纵深发展，对海洋生态环境、渔业资源进行动态监测和评估变得尤为重要，移动式自主监测是可行方案之一。针对现有监测方式效率低、灵活性差、成本高、运输投放困难等问题，提出了可搭载多类型监测设备的组合式无人监测船。进行了船体结构设计和监测仪器安装机构设计，考虑船体吃水载重及平稳性进行了配重机构设计；基于计算流体力学方法对船体阻力性能进行仿真计算并完成了水下推进器选型，对无人船连接桥结构受到浪高海况，进行了静力学强度有限元分析，船体结构强度能够抵抗4级海浪。对样机开展了试验验证，试验结果表明：无人监测船各机构工作运行稳定无干涉，设计吃水深度0.25m，航速达2.5m/s，能够胜任海洋牧场工作海况；监测设备搭载后工作稳定，可实时监控水下渔业资源、勘探水底地形、监测水体pH值、温度和溶解氧等数据。该研究为海洋动态、实时监测及数字化提供了技术支撑，为海洋牧场组合式无人监测船的设计研究提供了一种低成本高可靠的实施方案。     

蟹塘梳草船驱动系统设计与试验

水草管理是河蟹养殖的重要环节,为降低水草收集设备操控劳动强度,降低人员使用量,研发梳草船的风机驱动系统。该驱动系统主要由风机叶片、防护装置、支架、电机、减速传动和防水密封罩等组成。通过CFD流体仿真计算并验证实体船的阻力情况,进行风机选型,其额定功率为1 100 W,工作电压48 V,叶片最大宽度100 mm,叶根倾斜角28°,设计具有自锁功能的转向系统。使用该驱动系统在河蟹养殖塘进行测试表明：48 V/24 Ah动力电池下其连续工作时间为1.5 h;无水草情况下空载和满载船速分别为1.14和0.43 m/s;轻度水草（水草顶端距离水面>3 cm且<8 cm）情况下空载和满载的最大船速分别为1.06和0.26 m/s;密集水草（水草顶端距离水面≤3 cm）情况下空载和满载的最大船速分别为0.71和0.12 m/s,同时可以保持前进姿态持续打捞水草;平均转弯半径1.2 m。现场应用表明该驱动系统满足蟹塘实际水草环境下梳草船的驱动需求,单位时间内与人工清理水草质量相比提高94.3%,为实现自动化水草管理打下了基础。     

基于CFD的虾塘投饵船浮态及稳性分析

为研究投饵船浮态对稳性的影响规律,从而对投饲机的安装位置提出合理的指导意见,以上海海洋大学研制的投饵船为研究对象,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法和重叠网格技术,对投饵船在不同工况下的浮态及复原力臂曲线进行数值计算,从而分析投饵船浮态对稳性的影响规律,得到投饲机的最佳安装位置。结果表明:投饵船浮态对稳性的影响不可忽视,在同一载重下,投饲机安装在不同位置会导致不同程度的艏倾或艉倾,纵倾角越大,其稳性越差,投饵船处于正浮时稳性最好;固定的安装位置并不能保证投饵船在不同载重下保持正浮,应安装在满载时能使投饵船处于正浮的位置,即投饲机安装在F位置(X=-40.85 mm)时整体稳性最好,投饵船在整体布局时也应保证满载时纵倾角为零。     

船载投饵装置平衡抖料系统设计与试验

针对船载虾塘投饵装置直接搭载传统投饵机导致破碎率高、下料过程中船体重心偏移大影响螺旋桨吃水深度等问题，设计了一种船载专用投饵装置平衡抖料系统。该系统利用电机带动偏心轮转动产生周期变化的高低差，通过多个支撑架复合式作用使饵料箱体整体平衡抖动，保障均匀下料的同时降低饵料破碎率；采用系统固定支点位置可调的整体抖动下料方式，实现较长距离无损饵料输送，解决了投喂过程船体因重心位置变化大导致尾部驱动部分吃水线变化幅度过大的问题，使得螺旋桨驱动效能更加稳定。通过抖料系统机构数学模型，获得了振动系统最优偏心量；采用力矩平衡方程进行了抖料装置支架最佳点位置分析；开展了电机能耗测试以及转动支架与料箱坡角设计。计算分析得：当偏心量为1.2mm，支点位置（-40，0）时，以额定转速2600r/min直流电机作振动源电机，实际工作功率低于80W，下料速率接近均值1.63kg/min。现场试验表明：与料箱置于尾部相比，船体驱动部分满载和空载吃水变化由10.2cm减小为7.3cm；该投饵装置正常工作速度平均1.03m/s，下料均匀，破碎率低。该系统适应于现场环境，生产和维护成本低，结构简单可靠，便于推广应用，具有较高的实用价值。     

水稻高秆翻埋快腐还田机研究

为适应东北高寒地区水稻秸秆的机械化还田作业,降低还田作业的牵引阻力、加快秸秆的腐解,设计了具有滑切减阻特性的还田弯刀组成的高秆翻埋装置和使秸秆均匀平铺同时施入秸秆腐解剂的秸秆梳理-腐解剂施入装置。采用旋转正交设计方法设计试验方案,考察机器前进速度、刀辊转速、还田深度三个因素对牵引阻力的影响,建立牵引阻力模型,得到牵引阻力最优的参数组合：机器前进速度为1.4 m/s,刀滚转速210 r/min,还田深度为10 cm。影响阻力的因素主次顺序为：刀辊转速>机器前进速度>还田深度。     

船拖船体完全泥水膜润滑滑行阻力理论分析

通过理论分析和推导,计算出船体在完全泥水膜润滑状态下的滑行阻力,并与实验结果加以比较,结果表明建立泥水膜能大大降低船体的滑行阻力。     

梳草船导航控制系统设计与试验

梳草船已逐步成为河蟹养殖池塘水草管理的重要装备,为实现梳草船运行的自动化,设计开发了一款以风机作为驱动装置的梳草船导航控制系统。针对梳草船设计了一套软硬件控制系统,建立了梳草船运动模型并进行了试验验证,采用航向预估PID控制方法和LOS视圆法实现了梳草船的运动控制与路径跟踪,在实际养殖场进行了航速测试,路径跟踪和水草收割试验。结果表明,在所设计的导航系统控制下,梳草船的最大运行速度可达1.14 m/s,PID航向控制方法和LOS视圆法可以准确实现梳草船的路径点跟踪,在天气条件良好的情况下,路径跟踪的平均误差小于0.96 m,与人工方式相比,单位时间内水草清理质量提高94.3%,有效降低了水草收割的劳动强度,提高蟹塘水草管理自动化水平。     

系泊时船间作用力计算模型的浅水修正

系泊船受驶过船影响,船间作用力通用计算模型在浅水中存在着较大误差,针对这种情况搜集了一些船模试验数据,对通用计算模型在浅水中的应用提出了修正方案．从修正后的结果看,修正后的通用计算模型有更高的精度,更加适合用于模拟器中船舶运动的仿真．另外,给出了系泊船受到的船间作用力峰值回归公式,研究了船间作用力在不同水深及初始横距下的变化规律．     

基于DEM-MBD耦合预破土组合深松铲仿真研究

为了研究在振动深松条件下深松铲预破土对深松碎土的作用效果,利用DEM-MBD耦合技术对振动深松时深松铲和土壤颗粒之间的相互作用进行模拟研究.在试验台模型及连接不改变的条件下,探讨不同破土器半径大小以及安装位置与土壤颗粒的扰动情况,采用土壤扰动云图和运动副采集力来量化深松效果.仿真试验结果表明,在振幅振频条件相同、前进速度0.4 m/s时,破土器圆内弧半径150 mm,安装位置在3号组位的土壤扰动较好,深松效果较好;带有圆弧形破土器的深松铲对深松减阻具有显著作用,可以减少耕作阻力.该研究对研制结构简单、深松减阻高效的深松机具设备提供了理论依据,也为不同土质深松作业研究提供了一种有效的计算方法.     

Radio-controlled model boat samples air and plankton

A radio-controlled model boat obtained surface samples of plankton and of air over water; it was especially useful in obtaining samples of neuston in water less than 15 centimeters in depth. It can be used to sample highly rcdioactive areas. The boat functions best in calm water or where surface currents are less than 3 knots.     

水质监测与采样一体化无人船设计与试验

良好的水体水质是池塘健康养殖的基础,为了实现监测和采样的自动化,设计了一体化无人水质监测船并进行了性能试验。兼顾水质监测与采样需求,对船体结构进行设计,考虑承重和稳性对船舱传感器与采样、电源与控制盒、水样采集瓶功能区进行布局设计,基于双螺旋桨差速驱动模型融合GPS和姿态传感器开发了自主巡航控制系统,应用物联网技术集成水质采样控制系统和水质监测数据平台。综合试验结果表明：无人船行驶轨迹准确,监测点位最大偏差量为1.49m,最小偏差量为0.39m,平均偏差量为1.003m;监测及采样功能稳定,可实时回传水体的pH值、温度和溶氧数据,6只500mL水样采集瓶能够实现符合国家标准的水下50cm精准取样。研究结果为水产养殖全水面水质监控提供了一种低成本高可靠的实施方案。     

池塘养殖加料车设计

针对目前池塘养殖中投饵机大部分加料都是依靠人力完成,劳动强度大,在陡峭斜岸上对投饵船进行加料困难的现状,设计一种无动力出料的节能定量加料车。加料车使用旋转下料阀进行定量下料,使用剪叉式升降平台调整加料高度。通过设计位于下料阀出料口的球形限位旋转连接件调整加料管的倾角实现无动力出料。基于圆柱凸轮设计新型伸缩加料管。加料车通过车体的移动、剪叉式升降平台的升降、加料管倾角和长度的调整实现定向、定距、定点的饲料添加。制作加料车样机,以投饵船和固定式投饵机为加料目标进行加料试验,试验结果表明加料车对不同规格饲料具有通用性,1.2 m的伸缩长度和1.5 m的升降高度能满足投饵船和固定式投饵机的加料需求,调整灵活,加料速度为6.2 kg/min。设计的加料车使用灵活,能代替人工给投饵船和固定式投饵机加料,减轻人工劳动强度,提高养殖过程的机械化水平,为进一步实现自动化和智能化打下基础。     

基于SESAM的游钓船动力响应研究

由于游钓船没有明确的设计规范,为了确保游钓船的作业安全,采用SESAM系统的PatranPre模块对游钓船进行水动力建模,并在HydroD模块中进行了运动与波浪载荷响应计算,对其水动力特性进行分析。     

黄海北部单船有翼单囊底拖网结构优化研究

为解决单船有翼单囊底拖网作业时兼捕稚幼鱼比例较大的问题,增大了原生产网第五节网背网衣的网目尺寸,并将改进后的生产网作为试验网,在黄海北部海洋岛附近海域采用交替作业法进行原生产网和试验网各10网次的对比试验。结果表明:试验网的总渔获质量比原生产网减少69.87 kg;原生产网捕获27种渔获物,试验网捕获19种渔获物,比原生产网减少8种,兼捕现象得到缓解;相比原生产网,试验网中的各渔获种类体长分布范围向右偏移,说明体长范围偏小的渔获物得到一定释放。本研究结果可为中国拖网类渔具的结构优化和渔业资源保护提供参考。     

闽江开展木材船运研究

本文通过对木材水运和陆运及木材船运和排运之间的对比分析研究，阐述了闽江开展木材船运的重大经济意义．同时提出了闽江木材船运适宜的工艺类型和设备以及提高木材船运经济效益的有效途径．