2013年 第8卷 第1期
以潜艇总体设计理念创新为主线，系统阐述了工程设计、潜艇总体设计和潜艇总体设计理念等概念的基本内涵。依据国内外潜艇的研制实践和发展历程，论述了总体设计理念创新是潜艇装备和技术持续跨越发展的不竭动力。提出我国潜艇总体设计理念需从适应变革、概念创新、集成优化、隐身引领、用户至上、质量意识等12个方面与时俱进、持续创新的建议。
飞行甲板是航母总体设计的关键和难点，开展飞行甲板设计优化对提高航母的甲板布列、舰载机的出动回收能力等总体设计具有重要意义。为解决飞行甲板设计变量、评估要素众多而带来的总体设计的复杂性和多样性，提出一种全参数化的飞行甲板建模方法，并采用多目标遗传算法，建立飞行甲板多目标设计优化的数学模型和算法。研究表明：飞行甲板参数化模型可准确构建飞行甲板的外形方案，结合多目标遗传算法可有效实现飞行甲板多方案的自动评估和优化，获得多目标优化的前沿解。
高速三体船以其优良的减阻性能、耐波性和稳性而具有广阔的军事和商业应用价值。尽管已有大型实船付诸应用，但高速三体船型的兴波阻力预报和减阻设计问题并未解决，而这又是高速三体船实际应用的重要环节。采用帐篷函数法进行高速三体船的片体构型设计，并据此计算各船型参数。将改进的线性兴波阻力数值算法应用于高速三体船的兴波阻力计算，根据模型试验结果，验证了计算方法的有效性。
以KCS和KVLCC为对象标定CFD计算模型，然后以DTMB 5415为对象开展网格类型及规模对计算的影响分析，提出在计算条件受限的情况下，宜采用六面体网格开展船舶绕流数值预报。为提高数值预报的计算精度，提出预先给定升沉的船舶绕流数值预报的建议，并对该技术进行了验证性计算。最后，采用两条船开展了对比计算，进一步说明了所采用方法的可行性。
为降低水下航行体的螺旋桨噪声，研究两种降噪艉附体形式的降噪效果。首先分析水下航行体马蹄涡的形成原因，认为马蹄涡对桨盘面处伴流产生了不利影响。研究增加艉翼过渡和安装消涡整流片两种控制马蹄涡的方法，分析其削弱马蹄涡强度的原理。将这两种方法应用于某无人水下航行体（UUV），开展实际航行状态下的噪声测量试验。结果显示：设置艉翼过渡使UUV航行噪声总声源级降低了2.4~4.4 dB，设置消涡整流片使噪声降低了0.1~1.4 dB。
为研究箱型梁在舰船结构抗爆中的止裂效应，首先通过模型试验分析不同加筋对板架破口大小和裂纹扩展的影响，然后在此基础上，利用商用有限元程序MSC/Dytran对舰船箱型梁结构的抗爆止裂效果进行仿真分析。结果表明，在接触爆炸下，板架的强力构件（如特大筋）对破口大小和裂纹扩展能起到很好的限制作用；通过将模型数值计算与试验结果进行比较，验证了应用程序和计算模型参数的稳定性与可靠性；箱型梁在舰船结构抗爆中能起到很好的止裂效果，这是由于一方面箱型梁的存在对甲板边板和舷侧顶板以及两者之间的连接进行了加强，减小了甲板和舷侧外板连接处的应力，另一方面，作为舰船整体结构的强力构件，箱型梁本身就能有效阻止破口及其裂纹的扩展，从而大大降低舰船结构整体的毁伤程度。
在充分调研国内外相关文献的基础上，选取当代海战中普遍使用的水下攻击武器以及大型舰船典型双层结构为研究对象，通过非线性有限元程序LS-DYNA，对水面舰船双层结构水下抗爆特性进行数值模拟，分析各层结构在遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式并得出结论：采用所使用的材料模型及网格划分方法所得的结果与经验公式相符，具有良好的工程精度；底部破坏具有明显的网格状，破口受强力构件的限制，沿着强力构件裂开，花瓣状不明显；应力集中区域表现在内外底板间强力构件与内外底板的交接处，特别是龙骨等结构处。在此基础上，从吸能效果的角度计算各层结构的吸能比例，结果显示，在接触爆炸作用下，船底内、外底板间结构是主要的吸能结构，其吸收能量大于内、外底板。
从矩形板的小挠度运动方程出发，通过引入膜力因子，给出四边固支矩形板在大挠度变形情况下的运动方程，分析矩形板大挠度塑性动力响应，并根据运动方程导出在矩形脉冲载荷作用下四边固支矩形板的运动微分方程，求解矩形板的最大残余变形计算式。同时，通过假设的应变率效应系数选取方法，解决大挠度加载情况下材料屈服应力的增加问题。使用有限元仿真手段验证了带有移行铰线的变形机构，对已有的实验样本和补充的有限元模型进行计算，并将计算出的理论结果与已有实验结果和有限元结果进行了比对，吻合较好。
导管架平台立柱结构被守护船撞击的事故常有发生，因此，在设计中应当考虑立柱结构的抗撞性能。NORSOK规范和API规范是世界上被广泛认可并应用的导管架立柱结构设计规范之一，但其适用性还有待深入研究。为了研究NORSOK规范和API规范中计算导管架立柱结构抗撞性能公式的适用性，以一艘守护船侧向撞击立柱结构场景为研究对象，采用数值仿真技术，分析在不同撞击点和立柱结构设计原则条件下的碰撞力—撞深曲线等性能，并与NORSOK规范和API规范公式计算结果进行比较，获得了NORSOK规范和API规范公式的适用性原则。
非粘结柔性立管具有弯曲刚度小、质量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等特点，适用于深海恶劣的海况。然而由于非粘结柔性立管层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性，使得其数值模拟分析面临众多挑战，很难同时保证分析模型的精度和效率。提出一个新的非粘结柔性立管简化模型，在考虑摩擦和接触等非线性特性，以及骨架层和抗压层的沿轴向的弹性模量的条件下，运用梁单元和壳单元简化了建模。实验研究的拉伸、扭转、弯曲刚度结果与新建简化模型计算结果的对比分析，验证了所建简化模型的可靠性。研究表明，新的简化模型不仅能节省计算时间，而且更加接近柔性立管的实际本构关系和实验结果。
研究水下圆柱壳声辐射问题时常常将流体声介质假设为无限域，而在实际工程中流体为存在自由液面的有限域。针对此假设的不足，基于Flügge薄壳振动方程和Helmholtz方程，利用镜像法和汉克尔函数的加法定理建立自由液面以下有限浸没深度处圆柱壳结构与声场的耦合振动方程，研究辐射声场中辐射声压随浸没深度的波动特性。研究表明，不同频率下远场辐射声压随浸没深度的变化曲线上，波峰之间的距离为流体声波波长的1/2。研究结论可为实际工程应用提供理论基础。
针对基于表面振动的圆柱壳声辐射估算的测点布置问题，提出均匀的测点布置方法。利用有限元法计算大尺度单层加肋圆柱壳在水下振动时的表面速度分布，根据边界元法及各测点处的速度计算不同测点布置对应的辐射声功率，比较各振动测点布置对应的声辐射预测精度，选择合理的测点布置。计算结果表明，对于给定尺寸的结构，在10～125 Hz范围内，周向和轴向测点数存在最优值（周向12个、轴向5个），当测点数大于最优值时，测点数量的增加不能有效提高声功率的计算精度；当测点数小于最优值时，声功率的计算误差明显增大。在较低的频率范围内，1/6声学波长可作为大尺度结构在水下振动时的测点布置依据。
通过对空泡水筒中螺旋桨进行空泡噪声测量试验，采集了螺旋桨在空化条件和非空化条件下的噪声信号。借助数字信号处理技术对声信号进行频谱分析，研究空泡噪声特征信号在频域的特征和规律，以便判别或预报这类空泡及其噪声特性。此次试验特别引入加速度计，测量了螺旋桨动力仪引起的机械振动信号，并得出其信号对水听器采集的水声信号影响较大，可采用噪声消除方法降低干扰。试验表明，噪声频率在高频时空化噪声比非空化噪声声功率级增加约20 dB。另外，详细介绍了噪声测量系统和测试方法，同时也采用高速摄像机对螺旋桨空泡进行了观测。
模板是提取设计过程中可重复的设计、建模、分析操作过程并进行封装，从而形成的模块化组件。运用模板技术构建统一关联模型，集螺旋桨理论设计、螺旋桨快速建模、螺旋桨水动力性能分析及螺旋桨结构强度分析于一体，形成基于流程和知识驱动的螺旋桨集成设计与分析一体化应用平台。平台以知识封装（单元模板）、流程自动化（组合模板）和数据管理（模板库和PDM）为内容对螺旋桨的设计进行集成化，集成化后的分析结果与手动处理结果一致。经初步应用，系统有效验证了螺旋桨集成设计与分析的可行性和高效性，可简化工作，缩短设计周期并提高工作效率，从而引导与促进船舶综合集成设计平台的创建。
作战效能是舰艇作战系统设计中需首要考虑的指标。兰彻斯特方程被广泛应用于陆/空战的作战效能评估，但由于海战的特殊性，其无法直接应用于舰艇作战系统作战效能的评估。为解决该不足，通过改进多元兰彻斯特方程的作战推演模型和作战单元模型，建立适于评估舰艇作战系统作战效能的改进型兰彻斯特方程。为了验证改进型兰彻斯特方程的有效性，针对一组典型的作战系统配置方案，分别采用多元兰彻斯特方程和改进型兰彻斯特方程进行计算。结果表明，改进型兰彻斯特方程对海战过程的推演更接近于真实的海战交战过程，可为基于作战效能的舰艇作战系统方案设计提供理论支持。
维修性定量评估一直是舰艇设计中的难点之一。基于舰艇设计中常用的维修性设计准则，将层次分析法与模糊评判理论相结合，提出一种可用于舰艇维修性设计方案优化和不同方案间维修性水平比较的新方法。在评估过程中，首先根据舰艇维修性设计准则，将影响维修性的因素进行逐层分解、独立评价，再经逐层向上的模糊运算，得到评估对象的维修性水平。实例计算表明，该方法能够实现对维修性由定性到定量的评估，明确地得出不同方案之间维修性水平的差别，并能发现方案中维修性水平的薄弱环节。
传统的遗传算法存在早熟现象严重和局部搜索精度较低的固有缺陷，容易导致分析结果与实际情况不相符，不能很好地用于船用核动力装置概率因果故障诊断。提出了一组综合改进策略，首先定义了奇异个体判断指标；而后设计了一种自适应交叉、变异策略和自适应局部搜索策略，并通过经典案例测试改进算法的有效性；最后构建改进算法与概率因果故障诊断模型，进行船用核动力装置故障诊断实例分析。分析结果对船用核动力装置故障诊断具有重要的指导意义，改进遗传算法是进行船用核动力装置故障诊断有效而实用的方法。
提出一种基于负荷停电信息的舰船电力系统故障定位方法，该方法结合目前船用电力系统的技术状态，通过显控台提供的电气设备间的拓扑关系，利用舰员或用电设备终端上报的停电信息判断故障发生的区域。针对实际操作中可能出现的“停电拒报”、“误报”等情况，将树形辐射供电特点与贝叶斯公式相结合，提出“4个有关集合”的概念，并基于此概念计算各候选区域发生故障的概率，最后选择概率最大者作为最终的故障判定区域。
为了解决目前舰艇直流推进电力系统中变流机组机械振动和噪声大的问题，提出了一种以三相交—直流变换和三重化直—直流变换背靠背联接的交—直流双PWM变流器电路拓扑。通过对几种中、大功率密度交—直流PWM变流器电路拓扑的对比分析，表明了该变流器电路拓扑的优越性。同时，构建了以“DSP+FPGA”为核心的数字控制系统，完成了实验原理样机的研制并进行了实验验证。实验结果证实，该变换器电路拓扑不仅实现了变流机组的所有功能，而且功率密度、波形质量等得到显著提升，振动、噪声指标分别降低了20 dB和30 dB。
