2025年, 第51卷, 第4期　刊出日期：2025-12-30

  

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  混行场景航道通航模式设计与通过能力评估

  郭文强, 张新宇

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 1-9.

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  随着自主船舶技术日益成熟，未来其将与传统船舶在港口航道中混合航行。如何在保障航行安全的前提下，实现自主船舶与传统船舶的协同进出港并最大化航道通过能力，是当前亟须解决的关键问题。本文面向港口混行交通场景设计了一种自主船舶编队策略，并构建了一个稳健的宏观建模框架，用于评估编队策略对航道通过能力的影响。模型引入协作式编队与随机式编队两种策略，在不同交通需求和自主船舶渗透率条件下开展对比分析。实验结果表明：在中等渗透率下，自主船舶编队策略对航道通过能力影响较小，而在高渗透率下影响显著；协作式编队在提升通过能力方面优于随机式编队。自主船舶编队策略可有效提升混行场景下的航道通过能力，为未来港口及航道交通管理优化提供理论支撑与技术参考。

  
  
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  基于Mamba-Transformer的船舶轨迹预测与隐私保护方案

  黄照然, 晏燕, 袁航

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 10-21.

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  船舶轨迹预测是智能航运的核心技术，但现有模型在处理长序列数据时存在计算开销大、全局时空依赖关系建模能力不足及隐私保护缺失等问题。为此，本文提出基于Mamba-Transformer融合的船舶轨迹预测与差分隐私保护方案。该方案在轨迹预测模块中创新性地设计了双路径并行结构，通过Mamba分支的线性扩展能力高效捕捉长程时序依赖，同时利用Transformer分支强大的全局建模能力提取轨迹的宏观模式，并通过本文设计的分层多头注意力模块进行深度融合，从而同时有效捕获局部航行细节和全局轨迹模式。此外，针对实时轨迹预测相比延时发布具有更高隐私泄露风险的特点，所提方案在模型输出层引入差分隐私保护机制，其所设计的基于时间衰减的隐私预算分配策略显著提升了隐私保护下的发布轨迹效用。基于丹麦海事数据集的实验结果表明，本文所提方案在船舶轨迹预测精度上较现有方法实现了显著提升，同时通过引入一种灵活的差分隐私机制，为高精度的预测结果提供了严格的隐私保障。

  
  
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  基于改进RRT*算法的无人帆船自适应路径规划

  邓英杰, 王博, 徐艺菲, 马冉祺, 李茯波

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 22-30.

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  为解决RRT*算法在固定风场环境下难以有效处理无人帆船非凸、非对称路径成本优化的局限性，以最小化航行时间为目标，提出基于改进RRT*的无人帆船路径规划算法。首先，设计基于Beta分布的自适应采样策略，建立具有方向偏好性的非均匀采样机制，实现目标导向区域的偏置采样。接着，提出结合船速实时反馈动态调整扩展步长的策略，优化搜索效率。随后，构建多项式插值模型模拟帆船在不同风向下的速度，建立航速与风向角的定量关系以实现航行时间的精确计算。最后，使用二分法优化航行路径进一步缩短航行时间，并通过贝塞尔曲线实现路径平滑。通过Matlab R2024环境进行仿真，结果表明：在固定风场的不同场景中，基于改进RRT*算法规划的路径相较于RRT*和Q-RRT*算法，其航行时间显著缩短。改进后的RRT*算法能够为无人帆船在风场环境下自主航行提供可靠的路径规划支持。
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  船用Magnus舵升/阻力特性及转速控制研究

  姜寅令, 徐希乐, 陈汶龙, 申致帼

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 31-42.

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  本文提出了一种基于Magnus效应的新型转舵装置，采用计算流体力学（CFD）模拟方法，对Magnus舵进行了升/阻力特性分析。首先，通过SolidWorks软件创建了Magnus舵的几何模型。其次，利用ANSYS-Fluent对Magnus舵进行了稳态流体分析，分析不同转速条件下升/阻力的变化，重点关注了转速比因素对性能的影响。再次，对传统船舶舵与Magnus舵进行了升/阻力特性的对比研究。仿真结果表明，Magnus舵在运行过程中产生的升力显著大于传统转舵，且其阻力相对较小，表现出更优的升阻比特性。最后，基于Matlab-Simulink平台搭建了液压马达驱动的Magnus舵PID转速控制系统，为Magnus舵的实际应用提供了有效的控制方案。

  
  
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  船载分布式动力电池系统分层协同致稳控制

  曾宇基, 张勤进, 于鹤扬

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 43-57.

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  针对弱组网支撑条件下船载分布式动力电池系统功率分配失衡与母线电压失稳的问题，提出一种分层协同致稳控制方法。该方法基于分层控制思想，将动力电池变换器的控制器分为主控层、观测层和协控层。在主控层，移除下垂控制环节，构建基于分布式通信机制的无下垂控制框架，解决传统下垂控制均功与调压之间的固有矛盾；在观测层，利用动态扩散算法在本地动力电池变换器迭代计算平均状态变量，促使分布式平均计算过程平滑收敛，解决相邻动力电池变换器之间的通信数据拥堵难题；在协控层，设计一种多目标协同致稳控制器，实现荷电状态与健康状态复合动态均衡、载荷功率按容分配和平均母线电压稳定调节。实验结果表明，该方法可将分布式动力电池系统的服役寿命延长20%，平均母线电压暂态偏差控制在0.6%以内。该方法可为新能源船舶动力电池系统运行控制的应用提供参考。

  
  
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  船舶燃气轮机推进系统跨工况并发故障诊断框架

  桑培晟, 谭阳辉, 高强, 张均东, 高雅, 张云洲

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 58-66.

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  传统的船舶机械故障诊断方法通常只关注单一故障场景，不具备并发故障跨域诊断能力。针对这一问题，本文提出了一种基于全连接多标签域适应神经网络(Fully Connected Multi-label Domain Adaptive Neural Network, FMANN)的智能故障诊断框架。首先，该框架通过引入联合域适应方法实现了不同工况的故障特征迁移，解决了目标工况小样本故障诊断问题。其次，该框架又引入多标签分类方法来捕捉不同故障之间的复杂关系，进而实现了并发故障的迁移诊断。最后，对比分析了几种常见的域适应方法在该框架下的性能，并利用某船舶燃气轮机推进系统的退化数据集验证了该框架的有效性和鲁棒性。
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  润滑油蒸汽对低速二冲程柴油机性能影响的机理研究

  刘炎鑫, 李清波, 朴吉成, 姜涵

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 67-79.

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  针对润滑油蒸汽对低速二冲程柴油发动机性能影响的问题，本研究采用数值模拟与台架试验相结合的方法，通过建立发动机模型和润滑油蒸汽模型，耦合柴油与润滑油组分的燃烧机理和物性参数，揭示了润滑油蒸汽加入引发自由基网络重组对发动机燃烧特性及排放行为的影响机理。研究结果表明：润滑油蒸汽引入导致H/HOOH（氢自由基和氢过氧自由基）上升，O/OH（氧自由基和羟基自由基）下降，从而延长柴油的滞燃期（CA0-10 增加1.1°CA）和加速主燃期进程（CA10-90 降低4.84°CA）。 H自由基的增加促进碳烟前驱体加氢反应，抑制碳烟（soot）成核及表面生长，soot峰值排放量下降18%。OH自由基减少则增强了CO氧化向CO₂深度转化进程，CO峰值排放量下降6.8%。 H/O自由基引发烃类裂解重组，使未燃碳氢化合物（HC）峰值排放量增加5.8%，H/O/HO₂自由基循环作用则加速氮氧化物（NO_x）生成动力学，因此NO_X排放增加8%。

  
  
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  容腔内叶轮结构对压气机静叶性能影响研究

  孔晓治, 曹欣雨, 阮传勇

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 80-91.

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  对带容腔结构的扩压叶栅进行三维数值模拟，并对容腔结构进行改进，在容腔内部增加一动叶轮并改变叶轮的位置以及大小，对比分析不同改进方案的叶栅流场结构以及性能参数。结果表明，容腔经过改进后均可使叶栅总体的总压损失和熵增损失系数降低，当叶轮处于泄漏出口容腔处时，总压损失系数相较于原型降低了16.4%，但熵增损失系数下降不明显；而叶轮处于泄漏进口容腔时，总压损失系数相较于原型降低12.0%，叶栅整体熵增损失减小，熵增损失系数相较于原型降低13.0%。泄漏流在容腔内经叶轮做功后周向速度增大，与主流掺混后在叶栅通道内抵抗横向二次流能力更强，端壁低能流体在叶栅通道内沿展向爬升程度变小，角区分离展向高度减小，静叶的气动性能得到提升。

  
  
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  振荡来流频率对低雷诺数圆柱涡激振动的影响

  于利辉, 战庆亮, 陈一飞, 刘鑫, 张田, 李鹏飞

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 92-100.

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  结构会受到非固定速度的来流作用，引起流致振动等问题。本文考虑非零均值的振荡来流，模拟了不同振荡频率下圆柱的涡激振动响应和绕流特征。使用流场模拟程序模拟了均匀流和高、低两种频率振荡来流叠加的工况，对比了不同来流条件下圆柱的位移响应、升阻力系数及涡场形态。结果表明：高频振荡来流下，圆柱振动响应与均匀来流条件下相似，位移幅值恒定且与升力系数同相位，涡脱落频率与结构频率接近；低频来流会导致结构位移时程呈现周期性的“增大-减小”现象，位移均方根值和峰值较均匀来流显著降低，且升力系数曲线与位移曲线存在反相位时段，抑制了结构振动。另外，振荡的来流会改变圆柱尾部的涡脱形态，导致流场结构与均匀流有较大区别。

  
  
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  纳米偏高岭土-粉煤灰水泥砂浆早期拉伸试验研究

  范颖芳, 于明杰, 李秋超

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 101-110.

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  为了探明纳米偏高岭土对粉煤灰水泥砂浆早期抗拉性能的改善效果，考虑4种纳米偏高岭土掺量（1%、3%、5%、7%）、3种粉煤灰掺量（10%、20%、30%），浇筑40个水泥砂浆试件。利用直接拉伸法测试水泥砂浆试件早期（3h、4h、5h、6h、8h、10h）抗拉性能，采用数字图像相关方法记录拉伸过程中水泥砂浆试件表面应变，得到水泥砂浆抗拉力学性能参数。结果表明：粉煤灰降低了水泥砂浆早期抗拉强度，掺30%粉煤灰砂浆6h抗拉强度较普通砂浆降低52.4%；纳米偏高岭土对水泥砂浆早期抗拉强度改善效果显著，掺5%纳米偏高岭土砂浆6h抗拉强度为普通砂浆的4倍；纳米偏高岭土有效提升粉煤灰砂浆早期抗拉强度，掺5%纳米偏高岭土对10%掺量的粉煤灰砂浆6h极限抗拉强度提升率为23%。

  
  
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  内燃机用ZL109铝合金微弧氧化陶瓷层及表面氨基改性对摩擦学性能的影响

  吴羽纶, 马春生, 吴宇阳, 黄休赫, 臧广润, 付景国, 李梓嘉, 晁海彬

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 111-122.

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  为满足内燃机技术发展对活塞-缸套摩擦副提出的耐更高负荷的需求，提升活塞主要材料ZL109铝合金摩擦学性能，同时推动微弧氧化技术与其他表面技术复合应用，将微弧氧化技术与表面氨基改性技术复合，在ZL109表面制备得到表面氨基化的复合陶瓷层，并与MoS₂润滑油添加剂结合提出了一种减摩耐磨新方法。采用3 -氨丙基三乙氧基硅烷对微弧氧化陶瓷层进行表面氨基改性。为研究微弧氧化陶瓷层表面微观形貌对复合陶瓷层摩擦学性能的影响，从反应过程、微观形貌、厚度、表面粗糙度、平均孔径、孔隙率和化学成分等方面对不同正向占空比制备的陶瓷层进行了分析，并采用摩擦磨损试验对复合陶瓷层的摩擦学性能进行了表征。表面氨基改性后的ZL109铝合金微弧氧化陶瓷层与润滑油中MoS₂的相互作用有效提升了陶瓷层的摩擦学性能。与表面未氨基改性的微弧氧化陶瓷层和ZL109基体相比，正占空比70%得到的表面氨基改性陶瓷层摩擦系数降低约50%，磨损量约为0.3 mg。微弧氧化陶瓷层表面微凸起结构可将摩擦表面分割为微观的局部区域接触，并且在摩擦磨损过程中，改性陶瓷层表面的氨基可与MoS₂润滑油添加剂形成键合，陶瓷层表面能够在摩擦磨损动态过程中持续生成MoS₂化学吸附膜，从而使表面氨基改性陶瓷层展示出优异的摩擦学性能。

  
  
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  低温重油管输温度模拟与管壁-重油界面温升特性分析

  鲍永杰, 刘欣怡, 马宇薪, 孙建锐, 王金龙

  大连海事大学学报. 2025, 51(4): 123-132.

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  明确深海高粘度重油加热工艺及热传导规律是提高重油回收效率的关键。以管路传输过程中重油加热为研究对象，采用数值模拟建立了高粘度重油在加热管道中的温度场模型，分析了不同加热传输距离、管径、管道加热温度及流速对管壁-重油界面区域（y/D<0.1）重油温度的影响规律。研究结果表明：管道加热条件为80 ℃的重油传输过程中，界面区域温升最为显著，管径增大使得界面处重油温度因受热表面积增加而增大，当重油雷诺数超过2300时流体由层流向湍流转变引起温升拐点（D≥151.66 mm），进一步增加了界面处重油与高温管道之间的对流换热；在给定工况条件下，当管路加热温度提升至140 ℃，有效传热系数由63.14 W/(m2·℃)增至134.24 W/(m2·℃)，有效传热系数增加52.96%，界面对流换热效应增强。