海上火箭发射具备发射位置不受限、回收便捷、有效载荷大及卫星服役寿命长等优势。然而，复杂的海洋环境导致风浪流耦合作用显著改变发射平台的动力响应特性，开展火箭羽流对平台的冲击效应、风浪流联合作用下的平台动力学行为及对应优化措施研究具有重要工程价值。本文系统综述了海上发射平台的动力学问题研究进展，涵盖理论分析、数值模拟与试验验证三类方法。首先梳理了火箭羽流冲击载荷的相关研究成果，随后总结了发射平台水动力性能、结构动力学及运动预测方面的研究进展，在此基础上归纳了近期平台性能优化方法，最后指出尚未解决的关键问题与未来研究方向，旨在为海上火箭发射技术的进一步发展提供参考。
1. 引言
海上发射场选址灵活性高，可降低发射成本并提升火箭有效载荷，但技术挑战显著高于陆基发射。现有海上发射平台主要分为两类：一类由大型半潜式钻井平台改造，甲板面积大、适用水深范围广、抗浪能力强；另一类由大型驳船或半潜驳改造，运营成本更低但抗浪能力稍弱。发射模式分为热发射与冷发射，其中热发射因有效载荷大、性价比高、通用性强被广泛采用，但发动机排气羽流会对平台产生瞬态冲击载荷，高温高压气体显著影响平台运动与结构安全，甚至引发发动机推力损失；超声速羽流与来流的相互作用会改变火箭飞行姿态，羽流撞击导流器还会产生强噪声，威胁卫星与平台仪器设备安全。羽流尾流研究方法以计算流体动力学（CFD）数值模拟为主，通过求解三维Navier-Stokes（N-S）方程并结合湍流模型与多相流模型获取尾流状态与流场信息，但其可靠性仍需进一步验证。火箭发射过程中的排气流场是发射平台的动态载荷输入，此类瞬态冲击载荷对平台运动的影响显著高于风浪流环境载荷。
发射平台的六自由度（6-DOF）运动中，横摇、纵摇与垂荡最为剧烈，发射需满足特定海况要求。平台运动会导致火焰导流器发生平动与转动，进而影响其排气偏转性能，可能引发局部热流集中等热环境问题。由于发射平台受系泊系统或动力定位系统约束，航速极低，依赖升力的传统减摇鳍与水翼等装置不再适用，需进一步优化带主动控制策略的零航速减摇设备，包括主动减摇鳍、减摇水舱与陀螺减摇器等。随着人工智能技术发展，神经网络方法逐渐被应用于海上平台或船舶运动研究，可通过结合水动力幅频响应特性实现发射平台数十秒级时域运动预测，为减摇装置控制提供依据，保障发射安全稳定。海上发射平台受羽流冲击载荷、风浪流联合作用下的大幅横摇纵摇运动及结构耦合效应等多源载荷影响，因此有必要系统梳理羽流流场、平台动力学特性与姿态控制方法的研究现状。本文从火箭排气流场研究切入，覆盖流场、热效应与噪声等方面，进一步分析海上发射平台动力学与优化研究成果，为该领域后续研究提供参考。
2. 羽流冲击
火箭发射过程中排出的高温高压燃气会对海上平台产生显著冲击载荷，是平台安全的核心影响因素，相关研究以数值模拟为主、试验研究为辅。受高温羽流对试验设备的严苛要求限制，试验条件苛刻；随着CFD技术发展，数值模拟已成为火箭羽流研究的主要手段，覆盖甲板热流与风的耦合热效应、温度分布特征、羽流与火焰导流器相互作用及发动机推力研究等内容。
2.1 羽流流场计算
火箭排气羽流的流动特性与流场密度、压力、温度、速度及化学组分质量分数密切相关。飞行器上升或下降阶段气固相互作用中，喷管几何、尺寸与面积比对羽流流动影响显著，羽流流场内压力、流速等参数变化对飞行器飞行安全的影响研究，可为飞行器导航、安全与设计提供重要参考。
2.1.1 喷管影响
运载火箭发射时，高速气体从尾部喷管排出，高喷射压力使喷管出口形成欠膨胀气体射流并与固体表面相互作用。喷管近场区域的激波结构影响气体射流的喷射与混合特性，进而决定发动机燃烧与排放性能。大涡模拟（LES）是一种CFD方法，相较于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方法可更精确求解非定常非平衡过程中的逆向结构与大尺度效应，同时克服了直接数值模拟（DNS）需解析所有湍流尺度带来的巨大计算成本，已逐步应用于非定常高速气体流动研究，尤其适用于复杂喷管几何与高雷诺数飞行工况。相关研究表明，平板开孔直径变化会影响冲击区压力脉动水平，喷管与平板间距对低频噪声影响较小，对其他频段噪声则随间距增大显著降低；缩短喷管长度、增大喷管流通面积可减少气体喷射持续时间。由于火箭排气羽流的高速流动具有显著非稳态特征，采用LES方法计算欠膨胀圆形射流垂直冲击平板的流场，可揭示冲击过程流场演化规律与声共振主频变化特征，计算结果与试验吻合良好；针对高膨胀比锥形喷管启动过程的压力与流场数值模拟，可识别终止阶段的帽形激波结构与受限激波分离模式。基于涡黏性闭合的RANS预测可对大长宽比矩形喷管射流进行计算，结合可视化激光技术与多普勒测速技术，系统测量与分析过膨胀、设计工况与欠膨胀三种典型工况下未加热射流的近场气动特性发展规律，数值计算可成功复现斜喷管在过膨胀工况下的四叶形羽流形态。喷管长度与几何形状对排气羽流的影响同样不可忽视，粒子图像测速（PIV）可用于研究喷管长度对排气羽流的影响，通过计算压力场发现，增大喷管长度会导致喷管出口局部压力升高，跨音速与超音速流动中分别存在夹带效应与位移效应；与圆喷管相比，矩形喷管可增强喷出射流与来流的掺混效果，同时需考虑喷管出口面积与扩散段面积的比值，增大喷管出口扩张角会加剧唇区附近的激波耗散。
2.1.2 羽流对飞行器的影响
排气羽流既是火箭推力来源，也是具备强热、机械、声学与化学效应的流体，对火箭本身与发射平台均构成严峻挑战。起飞瞬间，羽流撞击火焰导流器产生的反作用力会反向作用于箭体，同时气体射流冲击发射台会对飞行器底部与平台表面产生复杂冲击载荷，超声速火箭排气羽流的流动动力学对计算模型构建提出了极高要求。火箭热分离初始阶段，尾部高速羽流与超声速来流相互作用会产生侧向力，影响分离安全性与飞行稳定性；采用可压缩雷诺平均方法计算不同来流条件下的火箭绕流流场，分析飞行高度、射流总压、分离距离与来流马赫数对横向射流相互作用的影响，结果表明随飞行高度、射流总压与分离距离增大，上游分离长度与峰值压力均呈一致增长趋势，峰值压力位置逐渐向上游移动；火箭迎角增大时，羽流扰动先增后减，扰动力矩会使上面级飞行器产生低头纵倾趋势，且该趋势随迎角增大而增强。火箭反向推力射流与来流的相互作用会引发流场波动，导致涡脱落并影响流动分离现象；研究迎角、马赫数与反向推力射流对火箭气动特性的影响，发现反向推力射流会改变迎风端面与侧壁的压力分布，合理利用可使气动阻力降低最高达67.3%，为可重复使用火箭垂直回收过程中的气动设计、性能优化与飞行控制提供了关键理论与试验支撑。
2.1.3 补燃反应
火箭发射过程中的补燃反应是化学现象，指排气羽流中未完全燃烧的富燃料组分（如H2、CO）与周围空气中的氧气发生剧烈二次燃烧，会显著改变羽流物理化学性质，升高羽流温度、改变流场结构并增强红外辐射特征，对火箭本身、发射环境与目标特性产生深远影响。针对补燃反应对火箭排气羽流流场的影响研究，建立了基于k-ε湍流模型的超声速羽流冲击模型，结果表明补燃主要发生在气体积聚区及空气与排气混合区域；结合k-ε湍流模型与有限体积法（FVM）可描述补燃效应对羽流辐射特性的增强作用随飞行高度的变化规律：海拔低于20 km时，补燃引起的红外辐射增强显著，高于20 km后该效应随海拔升高而减弱，主要原因是大气氧浓度随高度降低。若采用LES方法描述多组分超声速羽流内未燃排气组分与环境空气之间的补燃反应，可提供更详细的羽流流场结构特征。
2.2 热流
海上热发射过程中，火箭发动机喷出的超声速高温排气羽流（尾焰）直接冲击发射平台甲板，明确发射过程中平台承受的超声速热流冲击载荷，是解决热发射场景下海上发射设施结构安全设计问题的关键，研究方法主要包括数值模拟与试验验证，覆盖军用与民用领域。火箭羽流的热辐射特性对火箭生存能力影响显著，采用预处理方法将窄带气体模型与FVM耦合，可研究固体火箭发动机排气羽流的红外特征与辐射底部加热特性，由于羽流内二氧化碳与水蒸气的辐射特性，特定波长段的红外信号呈现明显光谱特征，随飞行高度升高与距喷管出口距离增大，入射至火箭底部表面的辐射热通量逐渐降低。采用RANS方法数值研究相同推力条件下液体火箭发动机排气羽流的红外辐射特性与喷管数量、膨胀状态的相关性，结果表明随喷管数量增加，不同探测角度下的辐射差异逐渐减小；针对不同飞行高度下的火箭羽流流场与热环境特征研究发现，随飞行高度升高，来流对喷管射流的压缩效应减弱，高空条件下热通量以辐射换热为主导。热通量试验受成本高昂限制，难以重复测试；通过对羽流内各物理过程控制方程进行无量纲分析推导相似准则，采用k-ε模型与视线法，对满足主导相似准则、特征尺寸与边界条件不同的两种工况开展排气羽流流场与辐射传递过程数值模拟，后续研究表明不同尺度火箭发动机产生的排气羽流流场参数分布与红外图像形态具有一定相似性，带补燃反应的排气羽流峰值辐射亮度较无补燃情况最高可提升10%，补燃效应引起的红外辐射强度随尺度增大而增强。
2.3 火焰导流器
火焰导流器是航天发射场的核心设施，功能是将火箭尾部高速排气射流快速平稳地导向远离发射台的区域，避免直接冲击波反射与气体射流冲击造成发射平台结构损伤。导流器设计需保证良好的气动性能以保障发射安全，主要考虑其对羽流流场压力、冲击载荷与热效应的影响，同时合理的导流器设计可有效抑制发射噪声。
2.3.1 对流场的影响
发动机排气射流冲击导流器属于流固耦合问题，近年常采用RANS方法结合k-ε或k-ω湍流模型计算流场内的速度、压力与温度分布及演变规律。采用RANS/隐式大涡模拟（ILES）方法研究伴流风对双钟形喷管产生的超声速射流流场及其与射流导流器相互作用的影响，计算了导流器不同位置、高度与朝向下的压力、温度及其脉动分布，分析了其随导流器位置与风速的变化规律；针对不同偏转角的导流板开展数值计算，发现45°为有效保护飞行甲板与周边设备的最优偏转角。针对楔形火焰槽与锥形火焰槽受排气羽流冲击的流场计算表明，锥形火焰槽的导流性能优异；单喷管羽流冲击火焰槽的流场研究显示，火箭起飞过程中排气羽流冲击点的漂移会直接影响火焰槽的排气顺畅性，随羽流对火焰槽入口区域的冲击角增大，火焰槽排气性能逐渐下降。火箭发动机排气射流冲击火焰导流器时会发生相互干扰，进而产生向上游传播的射流回流，该现象由飞行高度（环境压力）、射流参数与外部横流共同决定；回流区会将高温排气卷吸回流向飞行器底部、操纵面或发射平台表面，导致局部热通量急剧升高，同时该区域低压会改变飞行器表面压力分布，可能产生附加侧向力或改变操纵面效能。
2.3.2 热效应
火箭发射过程中，发动机排出的废气会对发射平台施加巨大的热载荷与机械载荷，随推力增大，冲击射流对发射平台的热载荷不断增强，严重威胁发射作业。可采用带水冷系统的火焰导流器改善热环境，但注水速度过高会产生大量水蒸气，导致导流器性能下降，因此需优化火焰导流器系统以实现有效的排气导流与排放。基于有限体积法与可压缩多组分RANS方程，模拟了不同羽流以不同角度冲击火焰槽的温度场特征，结果表明导流器表面高温区主要集中在冲击点或曲面区域；冲击角越大，回流强度越高，冲击角过小则会减小排气偏转范围，合适的角度可实现排气顺畅远离导流器。针对三类冲击面的研究表明，凹形冲击板较凸形配置可使峰值温度降低7.9%，但可能导致机械应力与热流局部集中，降低火焰槽系统的服役寿命与运行可靠性，为火焰槽系统优化设计提供了重要理论基础。
2.4 噪声
火箭发射过程中，飞行器机翼或尾翼产生的激波与喷管排气羽流的相互作用会影响飞行器近场压力分布，若与火焰导流器相互作用则会形成复杂流场并产生强烈噪声，诱发巨大的气动热力学与声学载荷，冲击火箭结构，因此对这类载荷的预测与抑制至关重要。超声速冲击射流流场的模拟可采用LES方法耦合Ffowcs Williams-Hawkings（FW-H）方程进行远场声学转换，或通过非定常RANS方法实现；当羽流冲击发射台或导流板时，此类反射会放大近场噪声水平，声波反射可通过特定格林函数描述，实现对流场特征的可靠模拟。噪声抑制方面，采用1:100缩比模型建立试验系统精准模拟火箭与发射平台，通过开展单喷管自由射流与冲击射流的对比试验研究激波关联噪声机理，在发射平台选定位置向排气羽流注入水幕可实现发射降噪，试验最高降噪量达9 dB，且在火箭飞行高度相当于喷管出口直径8倍以内仍保持抑制效果，通过调整注水压力与质量流量可确定最优降噪运行工况；针对带分布式吹气（用于产生“流体插件”）的模型排气射流开展声学测量，采用流体插件的喷管产生的热模拟射流冲击射流导流板时，最大噪声辐射区域的声压级降低4–7 dB。综上，海上火箭发射羽流冲击研究的数值计算方法主要依赖CFD技术，以LES与RANS方法为主，k-ε或k-ω湍流模型被广泛应用；火箭喷管出口至甲板的距离（即起飞高度）是影响冲击载荷的关键参数，当该距离超过喷管出口直径的5倍时，羽流温度与速度开始显著衰减；多发动机并联工作时，多股射流相互剪切碰撞，导致甲板表面压力分布不对称程度与局部高温区域远复杂于单喷管工况；火焰导流器的几何形状及其与来流的偏转角，是影响羽流冲击载荷与热效应的关键参数。RANS、分离涡模拟（DES）与LES是近年处理羽流冲击载荷问题的常用CFD方法。
3. 发射平台（船舶）动力特性
海上火箭发射平台或发射船作为火箭发射载体，属于复杂浮式结构，除承受火箭点火瞬间发动机产生的大推力、激波与高温排气流动外，还需在风浪流联合作用下具备良好的结构与水动力性能，尤其在涌浪周期接近固有周期时会诱发垂向共振响应，其动力特性对提升恶劣海况下的发射可靠性至关重要。
3.1 火箭对平台的作用力
风浪流与火箭羽流冲击的复杂耦合效应会诱发剧烈振荡运动，冲击载荷受发射位置、载荷大小与实际海况等多因素影响，是海上发射实施前需研究的关键安全问题。针对火箭助推弹发射过程中弹体与船体的相互作用研究，基于Kane方程建立了多刚体多自由度数值模型，可确定导弹姿态参数与扰动，其可靠性已通过模型试验得到验证，结果表明垂荡加速度对火箭助推弹发射的影响大于船舶横摇角。火箭发射过程中的横摇现象在高海况下可能导致发射失败，由发射船横摇与纵摇运动引起的运载火箭质心轨迹变化导致；该阶段火箭从低速加速离开振荡平台的过程对外界扰动极为敏感。发射平台在起飞阶段受到的力与运动包括波浪力、火箭冲击力、重力与系泊力等，采用CFD方法求解三维可压缩非定常流动，同时考虑发射平台的六自由度运动，导轨与滑块之间的约束状态通过虚拟接触法处理，可建立耦合模型模拟导弹发射与分离过程，通过施加主动力与力矩，可模拟海况5条件下平台的横摇、纵摇与垂荡运动，还可分析风载荷对导弹弹射过程的影响；基于三维线性势流理论的发射过程水动力分析专用程序计算表明，平台运动响应由波浪力与冲击载荷/火箭重量的共同作用产生，后者通常为主导因素，数值模拟显示中等海况下平台最大垂荡为0.6 m，最大纵摇为1°。综上，强风高海况下大火箭发射时的甲板响应最剧烈，设计必须综合考虑波浪、风载荷与火箭诱导载荷的耦合效应，可通过融合多预报模型提升发射平台运动预测精度，降低预测误差。
3.2 水动力幅频响应
海上发射平台的六自由度波浪运动对运载火箭或导弹的对准精度影响显著，顶浪条件下一阶波浪力诱导的船舶横向运动载荷大于纵向运动载荷。对于采用悬链线系泊系统的浮式平台，二阶水动力载荷会产生低频慢漂效应，且与阻尼系数相关；此外，海上平台与其附属结构（如舷侧凸体、浮桥甲板、浮托甲板）的相互作用也会影响其在波浪中的稳定性与安全性。
3.2.1 数值计算方法
极端波浪中浮体运动计算涉及复杂的非线性波体相互作用，平台水动力计算通常基于势流理论或Morison方程，具备计算效率高的优势。采用边界元法（BEM）分析规则波下半潜式平台的水动力特性，计算了波浪诱导的平台压力分布规律，重点关注波干扰与波面爬高等强非线性现象；采用Ansys AQWA 2021 R1软件建立半潜式平台水动力模型并计算水动力系数，基于Kriging-MOGA算法建立了平台频域水动力响应的近似预测模型；还采用FAST-AQWA耦合分析方法研究了极端海况下气动-水动耦合作用下的海上平台时域响应。理想流体假设下的势流理论中，波浪力忽略黏性项可能导致耗散能量被低估，尤其对共振条件下的浮体；此外，波浪中多浮体的垂荡与纵摇运动可能相互耦合。将黏性项引入势流理论，计算了二阶波浪力对三类半潜式平台运动与系泊缆张力的影响，结果表明二阶差频波浪力可能激发纵摇运动共振，进而导致结构损伤；提出一种结合阻尼盖法与状态空间模型的多浮体系统时域运动计算方法，可在适当条件下考虑非线性黏性阻尼，较AQWA时域模拟计算效率更高。针对极端风浪条件下的非线性运动问题，通过对比频域边界元法、部分非线性时域边界元法与基于非定常RANS方程的黏性模型开展研究，表明势流理论在高海况下倾向于高估运动响应，与CFD方法相比误差相对更大，但在惯性主导区域的差异较小；针对半潜式平台在短时极端海况与长时不规则波作用下的运动响应，采用CFD与有限元法耦合模拟不规则波，实现了平台结构响应与运动响应的谱密度函数计算，结果表明长时数值计算倾向于低估低频段的纵摇运动，而短时极端海况模拟更为可靠，可广泛应用于预测不同波浪条件下各类海上结构的复杂整体性能。
3.2.2 模型试验
半潜式平台广泛应用于海上风电发电，也可用于海上火箭发射，其水动力研究成果可为海上发射系统的设计与研究提供参考。针对实际海况常以波谱形式模拟不规则波，研究了不同波谱形状与不同入射方向下半潜式平台的水动力响应，结果表明波谱频带越窄，系泊缆承受的冲击载荷越大，多向波比单向波更易诱发更高的响应，垂荡运动受波向性影响较小。针对多模块浮式平台的系泊系统开展试验，基于水动力与运动响应分析设计了独特的X型系泊系统，在环境载荷最高的横浪方向刚度相对较低，从而缓解极端张力。针对不规则海中海上平台低频漂移运动（尤其是横摇与纵摇）与入射波的相互作用，易触发剧烈的间隙响应，进而产生明显的波面爬高，该现象与近捕获模态相关；半潜式平台慢漂运动试验研究表明，低频纵荡运动远较纵摇运动显著，极端海况下垂荡与纵摇的二次相位耦合可能激发高频运动。大量数值计算与模型试验探索了真实海况中畸形波产生的大幅非线性运动与载荷，结果表明畸形波导致的砰击压力与运动响应远高于常规随机波，冲击阶段可观察到明显的双峰砰击；基于数值波浪水池的半潜式平台畸形波砰击压力研究设置了总长400 m的造波区与300 m的消波区，在风力机上共设置25个监测点。
3.3 运动预测
发射平台的运动具有强时变特性，其振荡运动直接引起火箭姿态变化，准确可靠的预测有助于建立环境条件、平台运动与发射安全的映射关系，对验证是否满足发射准则、避免系泊系统失效具有重要价值。但火箭发射瞬间的平台运动具有非线性，早期单一模型的神经网络技术存在局限性。
3.3.1 循环神经网络
长短期记忆网络（LSTM）是一类循环神经网络（RNN），擅长解决长序列训练过程中的梯度消失与梯度爆炸问题，可将发射平台横摇运动预测转化为长期时间序列预测问题，实现实时自适应与多步预测。基于LSTM神经网络建立波高与船舶横摇运动的映射关系，CFD模拟结果表明，引入波高输入的预测方案能够预测船舶横摇运动，延长模型的提前预测时域并提升鲁棒性。为进一步延长模型预测时域，将运动与实测波数据输入长短期记忆单元，经多个全连接层处理后获得预测结果，该模型可对未来20至50秒的运动进行预测，平均精度接近90%；经噪声增强数据集训练后，可在噪声水平高达0.8的条件下有效运行；若嵌入时域分析信息，可将预测时域延长至2分钟，同时保持精度超过80%。显然，物理模型与数据驱动学习相结合的混合建模框架，为更好地捕捉船舶与波浪的非线性相互作用提供了可行方向。考虑到单一模型对非线性运动的预测精度往往较低，将LSTM与高斯过程回归（GPR）结合，可同时获得高精度点预测结果与可靠的区间预测结果；提出加权主成分分析-双循环-LSTM（WPCA-DC-LSTM）模型，集成小波主成分分析进行降维，提升了学习效率与稳定性，可有效捕捉不规则波中的非线性波浪特征，降低预测随机性，均方根误差降低约12%；针对长期预测精度下降的问题，提出四元数-变换-LSTM（Quat-Trans-LSTM）混合深度学习框架，将四元数方法与Transformer编码器集成到LSTM网络中，与传统方法相比，集装箱船的横摇、纵摇与垂荡均方根误差分别降低7.4%、12.4%与16.3%；采用教师强制方法增强网络的信息提取能力，并与双向LSTM网络耦合实现船舶短期横摇运动预测，通过开展不同时刻横摇运动的对比试验验证了计算模型的可靠性；利用麻雀搜索算法进一步优化双向长短期记忆网络的处理流程，提升了船舶运动预测精度，横摇均方根误差最高降低5%，纵摇约降低10%。
3.3.2 卷积神经网络
卷积神经网络（CNN）专为处理网格状结构数据设计，通过卷积核提取局部特征，大幅减少参数量，在图像识别与目标检测等领域表现优异。将时间滑动窗口技术与水动力运动数据结合构建训练与测试样本，再训练卷积神经网络模型，预测精度可与长短期记忆神经网络相当。进一步结合时间卷积网络、频率增强通道注意力机制与Informer模型，提出名为TF-Informer的双通道网络，可有效提升预测精度，更好地应对发射平台运动的非线性与非平稳特性，同时兼顾运动的短期波动与长期发展趋势，显著提升预测精度与泛化能力。该方法常与LSTM网络联合应用于船舶运动预测，分别提取非线性动态特性与水动力记忆效应信息，最终获得入射波与船舶运动幅值的传递函数，相较于单一方法，在横摇角幅值预测上表现更优；选择长短期记忆网络、门控循环单元与时间卷积网络，通过集成多层前馈神经网络优化各子模型预测结果的权重分配，实现二次预测，有效节省计算资源并显著提升预测精度；采用粒子群优化算法优化卷积神经网络的结构与超参数以提取输入信号特征，增强了LSTM神经网络模型的多源特征融合能力，可实现海况5条件下的振荡运动预测。
3.3.3 深度算子网络
与传统神经网络不同，深度算子网络（DeepONets）可直接实现函数到函数的映射，已被广泛应用于求解偏微分方程等科学机器学习问题。调整神经网络系统中的超参数以优化参数组合，随后建立波高与多自由度运动关系的DeepONet模型，与LSTM模型对比表明，DeepONet模型对横摇与垂荡运动的预测精度显著提升；进一步将多层感知机网络融入DeepONet框架以增强傅里叶滤波的学习效果，强化了运动数据细节特征的提取能力，基于船舶模型运动试验探索模型的最优滤波频率，预测精度最高提升30%以上。若将自注意力机制引入DeepONet，主干网络可自适应学习频域内不同频率分量的相关特征并分配差异化权重，进一步延长预测时域并增强泛化能力，在超短期船舶运动预测应用中具备明显优势。鉴于船舶运动的多个自由度特性，可构建两类耦合多自由度预测模型：单分支耦合模型与多分支耦合模型，通过对分支网络与主干网络的输出数据进行点积后的多维划分，实现多维输出，横摇运动预测精度可提升97.49%至112.46%。
3.4 结构动力响应
3.4.1 平台结构动力响应
海上火箭发射的瞬态冲击载荷威胁发射装置与甲板结构或导管架的安全，将非线性静水力与流体动力效应引入势流理论或CFD技术，再与有限元分析耦合，可实现平台主体的结构动力分析。基于有限元法建立纤维增强复合材料发射装置的分析模型，表明纤维增强复合材料发射装置可有效减轻结构冲击响应，并提出了最优纤维铺层方案；模型试验显示，海上发射过程中最大结构冲击响应集中在发射架下方区域，沿船舷、船首与船尾逐渐衰减，沿船长方向传播速度较慢，不同方向的振动加速度响应存在差异，垂向响应最显著，纵向响应最弱；改进了考虑应变率效应的聚氨酯泡沫本构模型，提出了包含应变率效应的适配器建模方法与高海况下发射系统动力学建模方法。海上火箭发射过程中，发射平台的火焰导流锥承受瞬态冲击载荷与高温效应，易发生断裂失效，危及发射平台与发射安全；采用扩展有限元法（XFEM）对火焰导流锥的动态裂纹扩展行为进行数值模拟研究，导流锥主体采用壳单元建模，局部裂纹扩展区域采用实体单元建模，通过XFEM富集函数表征不连续界面，采用多点约束法耦合主体区域与局部裂纹扩展区域的自由度，研究了裂纹的分布与扩展规律，确定了导流锥最易发生断裂的位置；表面裂纹扩展长度随预设倾角增大呈先增后减的趋势，最大变形区的稳态裂纹扩展速率显著高于最大应力区，热载荷明显加速裂纹起裂与扩展过程。
3.4.2 系泊系统
海上平台的系泊定位系统易受复杂海洋环境影响，由于系泊缆行为不可预测且失效后果严重，系泊缆断裂问题受到广泛关注。一旦某根系泊缆断裂，剩余缆绳需提供足够的张力以保证平台持续作业与人员安全，可采用神经网络方法预测单根系泊缆断裂后的系统张力；开发门控循环单元网络对系泊缆张力进行建模，通过波面高程分量或浮体运动响应实现系泊缆张力的准确预测，大幅降低计算成本；采用计算流体动力学与有限元法（FEM）耦合分析系泊缆张力，结果显示平台纵荡运动与迎风向导缆孔处的张力显著增长，将波向角设为30°并将重心移至平台几何中心可有效缓解上述响应。采用不可压缩物质点法、FEM与物质点法耦合描述三角形半潜式平台、系泊系统、桩与土之间的相互作用，平台纵荡与纵摇运动存在180°相位差，纵荡与垂荡运动存在约90°相位差，纵荡与纵摇运动随波况与入射角变化显著；疲劳分析表明，对于所采用的半张紧系泊系统，迎风向系泊缆的疲劳寿命相对更长，每根系泊缆两端的服役寿命更长。系泊系统布置为12根系泊缆，每3根一组，呈中心对称分布，夹角为5°。综上，作用在发射平台上的载荷大致可分为两类：环境载荷（由波浪、风、流诱导）与火箭发射冲击载荷。基于LSTM或CNN的混合模型主要用于发射平台运动预测，可有效处理船舶运动的非线性时间序列，对多自由度耦合、多源输入融合与极值预测等复杂场景适应性良好。火箭点火瞬间，发动机排气羽流产生巨大的反作用力与高温高速气体流动冲击，对发射平台甲板与支撑结构施加瞬态脉冲载荷，其对平台运动响应的影响通常超过波浪载荷，是发射瞬间平台受力的主导因素。系泊点布置与系泊缆长度对平台运动响应影响显著：将系泊点布置在发射船水线以下、适当增加系泊缆长度，有利于提升发射工况下的运动稳定性。
4. 水动力性能优化
海上发射的核心挑战在于风浪流作用下平台的六自由度运动，尤其高海况下的大幅运动显著增加了火箭发射失败风险，同时波浪对平台主体或旋转襟翼的砰击会对结构安全产生不利影响。近年研究者针对发射平台优化设计、减摇附体控制方法等关键问题开展了广泛研究。
4.1 设计优化
4.1.1 优化设计方法
火箭发射系统平台受排气羽流冲击力的作用表现出强振动特性，会影响发射精度。采用牛顿-欧拉方法推导适用于控制器设计的简化动力学模型，在此基础上引入反馈线性化技术，基于建立的模型设计非线性控制器，可有效降低发射系统振动水平，即使在火箭排气射流扰动下，方位角与俯仰角也能以极小误差收敛至期望值。采用三维势流面元法与切片理论，重点关注垂荡与纵摇运动，将钢材用量、设计变量范围与几何约束作为优化约束，将浮桥角度、立柱数量、中心柱半径与系泊缆参数作为优化常量，采用非支配排序遗传算法II（NSGA-II）构建多目标优化模型。提出统一的仿真驱动优化框架，通过参数化设计与多目标遗传优化，同时实现等效材料成本、纵摇运动与结构应力的降低，优化后的平台结构质量降低14.7%，纵摇幅值降低78.7%，峰值应力降低43.2%。船载平台作为安装在船舶上的垂荡补偿装置，可有效削减船舶的横摇、纵摇与垂荡运动，保障海上发射、海上安装与钻井等特殊作业的安全执行；提出一种基于平台姿态估计与自适应滤波的综合主动垂荡补偿方法，涵盖估计、预测与控制三个关键环节，通过全尺寸主动垂荡补偿试验台验证了整体补偿性能、估计与预测精度；结合扰动观测器、自适应故障观测器与矢量反步技术，提出船载平台的鲁棒抗扰容错控制方案，显著提升了系统可靠性与安全性。
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