近海石油平台支援船(OSV)航行计划优化研究

摘要

由于近海石油平台支援船(OSV)在航行中受风、浪的影响和在航道内行驶时受潮汐的影响较大，其航行的线路和速度往往凭借船长的经验进行预判以达到合理或者节能的目的，因此OSV的航行计划具有一定的可优化性，针对OSV船队而言，存在着很大的节能空间。本文建立在这样的环境背景下，为了减少航行中的燃油消耗，通过研究风、浪在船舶航行中对船体的作用以及船舶在航道内受到潮汐涨落的影响，根据自然气象条件，改变OSV在各石油平台之间航行的航速或是航行线路，使得OSV在一个航次内往返的主机燃油消耗最低。
　　本文首先针对OSV的工作环境、航行计划及现场的一些节油措施，研究了风、浪、潮汐等环境干扰力对船体产生的影响，将这些环境干扰力视作施加在船体上的一种阻力，建立关于风、浪、潮汐的船舶数学运动模型;然后根据实际情况模拟设定OSV从出港到返回的单个航次计划和自然气象条件，根据选取的目标船舶的船型参数计算船舶受到的裸船体阻力和附体阻力，根据主机功率的传递过程以及船舶有效功率的估算方法，建立船舶主机油耗模型作为本文航行计划的优化模型;之后运用基于遗传算法的多目标优化方法对航行计划优化模型进行优化计算，获得优化结果;最后，将获得的优化结果与经济航速匀速航行的总耗油量进行对比分析。结果表明，以优化得到的最优航速或者最优航线行驶，会使航次内总的主机燃油消耗达到最低，以实现节能的目的。在路径最短航次计划中，以优化结果航行的主机燃油消耗比以经济航速匀速航行过程中的主机燃油消耗要节油9％;在带任务航次计划中，对比同样优化得到的航线一与航线二，航线二要比航线一节省主机燃油3％，该航次计划的最优航线即为航线二。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题研究内容及意义

1．4 论文结构

第2章 OSV航行计划研究基础

2．1 渤海海况研究

2．2 OSV与石油平台工作情况

2．2．1 石油平台介绍

2．2．2 OSV航行计划制定原则

2．2．3 OSV船舶现场节油措施

2．3 OSV航行计划的设定

2．3．1 航次中环境因素的设定

2．3．2 航次中地理因素的设定

2．4 基于遗传算法的多目标优化方法

2．4．1 遗传算法的介绍

2．4．2 基本遗传算法的描述

2．4．3 基于遗传算法的多目标优化方法

2．5 本章小结

第3章 船舶运动数学模型的建立

3．1 坐标系的建立

3．2 风干扰力模型

3．2．1 相对风速和相对风向角的计算

3．2．2 船体上的正向风压力

3．3 浪干扰力模型

3．4 潮汐干扰力模型

3．4．1 潮汐介绍

3．4．2 潮流流速计算

3．5 船舶阻力计算

3．5．1 船舶阻力分类

3．5．2 船舶阻力估算方法

3．5．3 傅汝德数的定义和意义

3．5．4 摩擦阻力的计算

3．5．5 剩余阻力的计算

3．5．6 附体阻力的计算

3．6 船舶主机油耗模型

3．6．1 船—机—桨关系

3．6．2 主机油耗模型

3．7 本章小结

第4章 基于遗传算法的航行计划优化模型计算与验证

4．1 航行计划优化模型模块的建立

4．1．1 风浪模块

4．1．2 潮汐模块

4．1．3 阻力模块

4．2 航行计划优化模型的建立

4．3 航行计划优化模型的计算与验证

4．3．1 路径最短航次计划

4．3．2 带任务航次计划

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢