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2011年  第6卷  第6期

五体船兴波阻力线性理论计算与CFD数值模拟
段晔鑫, 卢晓平, 王毅, 何磊
2011, 6(6): 1-7,22. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.001
摘要:

五体船是继当代三体船之后提出的又一种多体新船型,该新船型付诸实用前必须对其兴波特性和侧体布局减阻设计进行研究。根据五体船各片体的科钦函数线性叠加和坐标变换原理,提出了基于片体科钦函数展开的分项算法和基于片体科钦函数叠加的整体算法求解多体船兴波阻力,得出了单体船、三体船、五体船通用的线性兴波阻力公式。应用CFD通用软件进一步分析五体船阻力及片体兴波干扰特性,提出了基于CFD模拟的自由面波形观测的五体船片体布局优化,对各种侧体布局下的五体船兴波特性直观地定性判定。根据综合兴波阻力线性理论计算和粘性流体动力CFD求解所得五体船阻力结果及其特性,提出具有工程实用意义的五体船优化构型方案。研究表明,势流线性理论计算和CFD求解五体船阻力的方法和所得五体船优化构型方案具有广阔阔的应用前景。

水下航行体回转水动力数值计算研究
卢锦国, 梁中刚, 吴方良, 周轶美
2011, 6(6): 8-12,27. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.002
摘要:

准确预报水动力对水下航行体的安全操纵设计而言至关重要。基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用相对运动理论及运动叠加原理,并对控制方程中向心力源项空间离散误差进行修正,预报水下航行体做单平面回转运动的受力及力矩。在Re=11.7×106条件下,力和力矩预报精度的偏差在12%以内,表明所采用的数值预报方法有效、可行,具有较好的工程实用价值。

外压作用下带初挠度加筋圆柱壳极限载荷及变形研究
李伦, 许建, 黄国兵
2011, 6(6): 13-16. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.003
摘要:

加筋圆柱壳的承压分析包含极限载荷和后屈曲变形,对这二者进行准确预报是加筋圆柱壳在建造完工后的重要一环。通过实测初挠度建立了反映加筋圆柱壳真实几何形状的有限元模型,在ABAQUS中使用弧长法获得了加筋圆柱壳在外部静水压作用下的极限载荷值,采用弧长与Dynamic/explicit相结合的途径模拟了加筋圆柱壳在外压作用下的后屈曲过程,并获得最终变形。通过与试验结果对比,得出上述数值方法准确可靠,计算结果更加符合客观实际,可以推广到工程应用中。

船舶推进轴系纵振计算方法及影响因素分析
周瑞, 江祎, 管文生
2011, 6(6): 17-22. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.004
摘要:

根据船舶推进轴系纵向振动的运动微分方程,推导了组成推进轴系的刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵,给出了利用传递矩阵求解推进轴系纵向振动固有频率和固有振型的方法。为进一步分析推进轴系正常运行时各轴段的纵向振幅和交变轴向力,对刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵进行了扩展,进而给出了基于扩展传递矩阵的推进轴系纵向强迫振动响应计算方法。以某型船的推进轴系为研究对象,采用所提出的方法进行了推进轴系固有频率、振型以及强迫振动响应的计算,并且对螺旋桨附连水质量以及推力轴承刚度对纵向振动计算结果的影响进行了分析。结果表明,轴承刚度的升高和附连水质量的降低会提高推进轴系的纵振固有频率,同时推力轴承纵向刚度的变化对于强迫振动响应计算的轴向位移以及轴向推力幅值的影响更为显著。

舰用典型设备抗冲击能力定量分析
冯麟涵, 汪玉, 张磊, 杜俭业
2011, 6(6): 23-27. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.005
摘要:

舰用设备抗冲击性能是其技术性能的重要要素之一,正确分析舰用设备抗冲击能力也是开展系统级别抗冲击性能设计、管理、优化的前提。明确了舰用设备抗冲击能力的定义,给出了采用时域模拟法确定舰用设备抗冲击能力定量计算方法。选取某刚性安装的舰用增压锅炉为研究对象,对影响设备抗冲击能力的因素和抗冲击能力值进行了分析。旨在为今后舰船设备抗冲击性能分析提供方法和手段。

基于舰船振动信号激励下压电智能梁振动主动控制
宋媚婷, 洪明, 崔洪宇
2011, 6(6): 28-33. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.006
摘要:
为研究舰船结构振动主动控制有效方法,采用线性二次型独立模态空间控制法设计控制器,对舰船振动信号激励下压电智能梁的振动进行主动控制。基于Hamilton原理建立压电智能结构的有限元模型,并利用精细积分法计算前3阶模态的位移响应。编制了相应的计算机程序,对舰船振动信号激励下梁结构的振动进行主动控制数值仿真。由仿真结果可见,控制可以有效地实现,为舰船结构振动主动控制提供理论基础。
基于实船航行试验的舰船总振动阻尼识别方法
孙谦, 陈志坚
2011, 6(6): 34-37,44. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.007
摘要:

针对当前缺少来自于实船试验的总振动阻尼数据的现状,研究一种基于实船航行振动试验数据进行总振动阻尼研究的测点布置和识别计算方法。清晰表述了"模态共振响应"和"模态相邻振动响应"的概念;分析了"模态相邻振动响应"、"模态非共振响应"和"模态共振响应"三者的比例规律,按该规律指导制定了某船航行总振动测试工况,使用该船航行总振动测试数据获得了该船的弯曲总振动阻尼数据。

水下冲击波作用下结构损伤的数值预报误差分析
张艺凡, 宗智, 张文鹏
2011, 6(6): 38-44. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.008
摘要:
准确模拟结构在水下爆炸冲击波作用下的损伤是水下爆炸数值仿真中的难点,有必要研究数值预报误差及其产生的原因。采用ABAQUS提供的声固耦合方法,研究方板模型水下爆炸数值计算的误差。将几何模型划分为3个不同的有限元模型,分析了网格大小对计算结果的影响,以及声固耦合方法的计算误差。通过方板模型仿真、实验室水池试验和方板实船水下爆炸实验结果的比对分析表明:数值计算结果与实验值间的误差约在30%以内。总波和散波两种流固耦合计算方法的误差及其产生原因分析表明明总波计算公式存在夸大空化对结构影响的可能。
基于有效点导纳的机械设备激励特性的转换关系研究
阮竹青, 彭伟才, 刘彦, 张俊杰
2011, 6(6): 45-48. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.20l1.06.009
摘要:

针对机械设备安装到位后的振动预估问题,提出了一种基于有效点导纳的机械设备激励特性的转换方法。首先通过有效点导纳法将多点安装设备简化为多个单点安装设备,简化各个机脚之间的耦合作用;然后用自由速度作为设备的激励特性参数,建立不同安装基座的机械设备激励特性的转换关系;最后用弹性安装的电机进行了实验验证,将转换后基座振速的估算值与测量值进行对比分析。结果显示频率在20~1 000 Hz之间时,估算值总级的误差小于3 dB,表明该转换关系能够有效预估机械设备安装到位后的振动。

高速船全频段舱室噪声仿真预报
邱斌, 吴卫国, 刘恺
2011, 6(6): 49-53. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.010
摘要:

鉴于有限元法(FEM)和统计能量法(SEA)在求解中频段船舶结构振动噪声问题中的有限性,引入有限元—统计能量(FE-SEA)混合法。介绍其基本原理的基础上,运用VA One振动噪声分析软件,采用有限元法、FE-SEA混合法和统计能量法分别求解低频、中频和高频段高速船舱室噪声,以此实现高速船舱室噪声问题的全频段分析。通过对比仿真值与实验值,证明应用FE-SEA混合法预报高速船中频段舱室噪声问题是有效可行的。

弹性安装设备等效总激励力的计算方法研究
张继明, 彭伟才, 刘彦, 汪浩, 邵汉林
2011, 6(6): 54-57,65. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.011
摘要:

针对弹性安装条件下多机脚设备总激励力估算繁琐的问题,提出一种设备等效激励力的计算方法。该方法将弹性安装的多机脚设备等效为只有一个机脚支撑的设备,将原有的多个隔振器简化为一个具有有效总阻抗的隔振器,利用原机脚隔振器上下端的响应与隔振器的有效总阻抗估算出的激励力,即可等效为该设备的总激励力。为验证该方法的准确性,利用该方法对某船用设备振动激励力进行估算。实验数据分析表明,在临界频率以内,可以忽略隔振器之间的耦合,估算值与实际测量值之间的误差小于5 dB,满足工程要求。

焊接缺陷对环肋圆柱壳水下辐射噪声的影响
黄振卫, 周其斗, 纪刚, 王路才, 王霂
2011, 6(6): 58-65. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.012
摘要:
为了研究焊接缺陷对水下结构振动辐射噪声的影响,以出现焊接缺陷的环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元法计算了结构在不同的焊接缺陷大小、缺陷对应中心角度、含缺陷肋骨的位置以及含缺陷的肋骨数量时的水下辐射噪声,得到不同工况下结构振动声辐射噪声的频率响应曲线,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析。结果表明,焊接缺陷的大小、对应中心角度、含缺陷肋骨的位置以及含缺陷肋骨的数量对结构的模态和水下辐射噪声指向性均有一定的影响。但总体上,靠近舱壁的肋骨出现焊接缺陷时对结构的辐射噪声影响较小。在实际工程应用中,可以根据焊接缺陷的大小、对应中心角度、缺陷肋骨位置以及缺陷肋骨数量综合分析缺陷对整个结构声学特性的影响。结论对分析潜艇辐射噪声测量结果有一定的参考价值。
滑行艇升沉纵摇运动的二维数值预报
晋文菊, 王志东, 李力军, 杨爽
2011, 6(6): 66-70,74. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.013
摘要:
基于CFD软件对滑行艇二维简化模型在均匀来流中的运动响应进行数值分析。根据滑行艇的流体动力数值计算结果实时求解滑行艇的运动响应特性,对4种不同傅汝德数下滑行艇的纵摇与垂荡耦合运动特性进行研究,得到艇体升沉幅值、纵摇角随时间的变化特性,以及阻力、升力和力矩随傅汝德数的变化规律,并分析了艇体达到稳定状态所需时间和滑行过程中艇底动压力的变化特性。研究表明:傅汝德数1.5时达到稳定滑行状态的时间仅为80 s;除了在傅汝德数2.0时发生严重振荡,其余3种情况下滑行艇均能够趋于一种"动平衡"状态。
舰船主尺度论证中的多目标综合评估
周大伟, 许辉, 赵海江, 涂俊勇, 陈立
2011, 6(6): 71-74. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.014
摘要:

舰船主尺度是舰船总体设计中最重要的问题之一,直接影响舰综合航行性能的优劣。为寻求性能综合较优,避免单一性能最优的局面,提出一种多目标综合评估模型,并将其应用于某舰主尺度论证中,首先以满足布置、重量等因素为前提提出多种主尺度方案,再以舰的稳性、快速性、耐波性为目标,根据设计需求分别构造目标函数以及将多目标问题转化为单目标问题的决策函数,通过分析评估优选出3种性能综合较优的方案,使得优化结果更合理有效。

一种用于直流幅压供电的多相感应电动机控制策略研究
王铁军, 饶翔, 姜小弋, 吴旭升
2011, 6(6): 75-77,82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.015
摘要:
针对潜艇直流供电系统中换向器幅压直流电动机运行和维护中存在的问题,提出了一体化多相逆变器—感应电动机替代方案。该方案在利用多相结构抑制谐波的同时,能够减少装备体积,并提高可靠性。为了解决蓄电池供电时直流电压幅值变化的问题,引入了特定谐波消除PWM技术对逆变器的输出进行恒压控制。以双Y移30°感应电动机和逆变器为对象,对控制系统进行了初步设计和仿真分析。结果表明,该方案在起动、恒压、抑制脉动转矩方面拥有较好的效果,适用于对运行可靠性和稳定性有较高要求,但对动态性能要求不高的各类潜艇辅机的驱动。
燃气轮机高压涡轮叶顶间隙变化规律的有限元分析
刘永葆, 房友龙
2011, 6(6): 78-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.016
摘要:
高压涡轮叶顶间隙会直接影响到燃气轮机的功率、效率、油耗和寿命。利用有限元等软件,建立了叶片、轮盘和机匣外环的实物模型;通过热结构耦合分析,计算得到各自在温度场和离心力场作用下的径向位移,进而得到叶顶间隙变化规律,并进行了分析。计算结果表明:温度场变化是引起叶片和轮盘径向变形的主要因素;离心力对轮盘径向变形的作用比对叶片径向变形的作用要显著得多;热和离心力变化是间隙变化的两个主要因素;叶片、轮盘和机匣的热响应不一致以及离心力对转子的拉伸作用导致其径向膨胀变形不匹配,进而引起间隙变化;快速增减速度对间隙的影响最为明显。
船舶纵横倾姿态测量系统总体框架设计
岳大超, 刘敏林, 吴杰长
2011, 6(6): 83-87. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.017
摘要:
随着船舶姿态控制自动化程度的提高,传统的机械式纵横倾姿态角测量装置已不能满足船舶现代化的要求。提出一种船舶纵横倾姿态数字化测量系统的总体框架设计方案,通过旋转变压器对船舶纵横倾姿态信息进行采集,经RDC-19222芯片对旋转变压器输出的模拟电信号进行数字转换,最终借由单片机的控制实现纵横倾姿态角度信息的实时显示。试验证明,该系统性能稳定,测量精度较高,具有较高的实用价值。
海水循环泵自流特性仿真研究
孙长江, 吴炜, 张晓阳, 黄卫庆
2011, 6(6): 88-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.018
摘要:

利用船舶前进时海水进水口"自流"特性,在船舶达到一定航速时关闭循环泵汽轮机,可以达到节能的目的。结合循环泵汽轮机的热力计算、配汽计算、循环泵水力特性计算的结果,建立基于AMESim软件的海水循环泵及其控制系统仿真模型,考虑船体及主机的惯性,通过稳态工况仿真与试验数据对比验证了模型的有效性,其相对误差小于3.4%。利用所建立的模型对"自流"时海水循环泵的动态过程进行仿真分析,为海水循环泵的运行操作、维修保障、试验台架建设以及控制系统升级改造提供了有价值的参考。

FMECA技术在舰船装备RMS一体化设计中的应用
汪雪莲, 赵海江, 黄君
2011, 6(6): 92-97101. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.019
摘要:

为充分发挥FMECA(故障模式、影响及危害性分析)的作用,使其既能为装备设计、改进提供有效的建议,又能为装备RCMA(以可靠性为中心的维修分析)、MTA(维修工作分析)提供输入信息,对传统的FMECA方法进行改进,增加维修方式的分析,利用RPN(风险优先数)方法的计算结果给出初步的补偿措施,实现对FME-CA结果的重复利用。在应用案例中量化了故障发生度和危害度的评分标准,并引入EAGLE软件作为开展FMECA工作的平台,以便工程人员操作。工程实践表明,该方法推动了FMECA技术的深深入应用,为实现舰船装备RMS一体化设计奠定了基础。

水面舰船声隐身性能影响作战效能的因素初探
张林根, 张大海, 魏强
2011, 6(6): 98-101. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.020
摘要:

为了明确水面舰船声隐身性能对作战效能的影响因素,分析了水面舰船面临的水声威胁和声隐身设计特点,给出了水面舰船水声对抗效能初步估算方法,明确了水面舰船声隐身设计的工作方向,并为声隐身作战效能评估体系的构建奠定了基础。

俄罗斯非核动力潜艇推进系统的选择与发展趋势
李大鹏, 张晓东
2011, 6(6): 102-108. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.021
摘要:
给出了俄罗斯(前苏联)非核动力潜艇推进系统的选择及推进系统的组成和参数,介绍了俄罗斯(前苏联)非核动力潜艇柴油机功率、主推进电机功率、最大水面和水下航速的发展变化,给出了潜艇推进系统的主要形式和舱室布置,并对俄罗斯(前苏联)非核动力潜艇AIP装置,包括闭式循环柴油机装置、闭式循环蒸汽动力装置、电化学发电机装置的研究和设计进行了重点介绍。同时,结合各种潜艇推进系统,对俄罗斯非核动力潜艇推进系统的发展趋势作出了分析。
固体氧化物燃料电池作为动力源在船舶应用中的关键技术问题
张亮, 张维竞, 崔贤
2011, 6(6): 109-113. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2011.06.022
摘要:
固体氧化物燃料电池系统具有高效率、低噪声、低电磁信号等显著优点,是未来船舶动力源的最有力竞争者之一。固体氧化物电解质薄膜制备技术、压缩密封技术、催化剂及其涂附技术和双极板的制备是其应用于船舶动力源的关键技术。本文详细介绍了这些关键技术的研究现状,并分析其发展趋势。随着这些技术的发展和成熟,固体氧化物燃料电池在船舶上将会获得更加广泛的应用。