2013年 第8卷 第6期
“一站式保障”是美军“福特”级航母为提高舰载机出动架次率所采用的舰载机出动保障方式。通过对“福特”级航母“一站式保障”方式的深入分析解读，定义“一站式保障”的概念、作业流程、技术特征和优势，并在此基础上，提炼出实现“一站式保障”所需要突破的一系列关键技术，以及“福特”级航母实现“一站式保障”的设计经验对其他国家航母设计的启示。
金属夹层结构作为一种未来工程应用的新型结构，在舰船领域有着广阔的应用前景。立足于水面舰船背景，从金属夹层结构的基本类型、在舰船中的应用、抗爆抗冲击性能分析以及目前存在的技术难点等几个方面进行综述，发现在此领域有4个方面的问题亟待解决：应系统地开展舰用金属夹层结构的相关基础研究；需尽快系统地开展关于波纹夹芯板的相关研究；在相关基础研究的基础上，开展设计技术研究；开展大量试验研究工作，降低设计风险。
砰击现象对高速舰船艏部局部结构破坏相当严重，对舰船和人员的安全构成较大威胁，然而由于砰击载荷的瞬态性和强非线性，其计算理论还很不成熟，舰船艏部结构在砰击作用下的应力响应更鲜有人研究。基于此，利用设计波下确定的砰击压力极值，结合以往试验测定的砰击压力随时间的变化关系，计算得到砰击压力的时空分布，然后将其施加在船艏精细有限元模型上，利用中心差分法进行数值计算，并对计算中一些关键参数的设置值做不同尝试，得到了较理想的艏部结构应力响应历程。
在分析船波相对运动表达式的基础上计算船艏典型剖面的船波相对运动，探讨船艏入水过程中的砰击问题，对比船体某剖面3种入水仿真模型计算所得的砰击载荷，讨论三维外形和航行速度对船艏剖面砰击外载荷的影响。在该分析中，船体在规则波浪中的运动用基于三维势流理论的水动力软件AQWA计算获得，船波相对运动通过理论推导计算获得，用对船艏结构施加强迫运动的方式模拟船波相对运动的真实过程。采用Ansys/Ls-Dyna软件的流固耦合分析进行入水仿真，流体划分为ALE体积网格，船艏视为刚体，划分为Lagrange有限元网格。对比结果表明：在三维模型中，相邻剖面引起剖面最大压力点处的液面变化对该点的砰击压力有增大效果，航速有增大剖面砰击压力的作用，减小船艏底部纵向斜升角有利于降低砰击压力。
水面舰船对轻量化和抗爆性能均有特殊的需求，而这两个目标此消彼长的关系又使得实现它们的途径相互矛盾。为找到能同时提高轻量化和抗爆性能的满意解，建立以板厚为变量的多目标优化模型。在优化过程中，通过参数化建模技术实现建模的自动化，数值模拟采用船体三舱段有限元模型，使用ABAQUS/EXPLICIT求解器进行非线性有限元分析，并在优化流程中引入实验设计和近似模型进行响应预报，在此基础上，还通过NSGA-II遗传算法进行多目标优化，得到优解。通过对优化后的船舯舱段与优化前的进行对比分析，发现重量和抗爆性能这两个目标分别有0.46%和22.51%的改进，实现了轻量化和抗爆性能的双向提升。
水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因，气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论，建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例，对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析，详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后，将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证，结果吻合良好。算例表明，考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。
为了抵御水下武器对舰船结构的毁伤，大型水面舰船在舷侧要设置多层防护结构。针对破片对防护水舱的毁伤情况以及破片穿透水舱的剩余特性问题，应用ABAQUS软件，采用耦合欧拉—拉格朗日方法，数值模拟了不同形状、不同质量、不同长细比的爆炸破片穿透舰船舷侧防护水舱，特别是背水钢板的演变过程。通过对数值试验结果的分析得到了爆炸破片穿透舷侧防护水舱剩余特性的规律。研究表明，球状破片的剩余速度要比柱状破片的剩余速度大得多，并且破片细长比也是影响破片剩余速度的重要因素。
通过鱼雷发射管进行布放回收是潜艇使用无人水下航行器（UUV）的最佳方式之一，而UUV自航出管是否具有可行性是首要问题。首先，根据潜艇发射自航鱼雷的技术要求来建立UUV自航运动方程和边界条件，并通过计算分析求得UUV自航出管所需满足的条件。随后，在鱼雷内弹道仿真研究的基础上，建立UUV在鱼雷发射管内运动的数学模型，并对其受力和速度进行实时仿真。最后，将仿真结果与UUV自航出管条件进行对比分析。结果表明：UUV自航出管的可行性与其重力浮力差、最低出管速度及出管时的潜艇航速相关。因此，可通过设定恰当的性能参数来实现UUV自航出管的可行性。
优化装配序列对提高造船生产效率具有非常重要的意义。选择典型的船体分段为研究对象，首先结合生产实际将装配结构层次化，生成子装配体以缩短遗传算法中染色体的长度，加快算法向最优解的收敛速度，提高装配规划效率；然后应用遗传算法得到船体分段最优装配序列；最后利用CATIA软件对分段进行建模，并完成分段虚拟装配过程的仿真演示。实例分析结果验证了应用遗传算法的可行性与有效性，显示其有助于优化船体分段装配顺序。
针对舰船舱室布局设计评估决策问题，提出基于层次分析法（AHP）和模糊综合评价法（FCA）的模糊层次分析综合评价法。以生活区舱室布局设计评估为切入点，阐述评估指标体系构建、AHP法赋权分析和FCA法评估决策的过程，并进行实例分析。通过理论论述和评估分析，证明综合评价法具有一定的可行性和有效性，能够全面、直观地反映布局方案在总目标以及分指标上的满意程度。同时，在评估结果的基础上，针对方案改进和优化进行了论述。
应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程，建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动，分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况，数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析，提出潜艇动力抗沉效应的概念，以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数，由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。
基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法，以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型，可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出，使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。
采用有限元与间接边界元相结合的方法，以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象，开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先，计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中，开孔板的固有频率较无孔板低，随着开孔面积增大，大部分固有频率降低；在水中，由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量，开孔板的固有频率升高，且随开孔面积的增大，固有频率升高。然后，开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究，相同激励下，开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低，且随着开孔面积的增大，降低量增大，辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明，开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。
为研究环肋圆柱壳壳板稳定性的有关性质，对其失稳临界压力进行曲线绘制。在潜艇耐压船体相关参数范围内，环肋圆柱壳壳板失稳时，纵向失稳半波数[m]= 1，周向失稳整波数[n]＞10。壳板失稳临界压力随肋距的缩小而增大，当仅受轴向外压力时，壳板失稳临界压力不随肋距的变化而改变。根据潜艇耐压船体相关参数范围，计算环肋圆柱壳总体失稳临界压力和壳板失稳临界压力的取值范围。在设计中，应使总体失稳临界压力等于或略大于壳板失稳临界压力。
采用数值模拟软件ANSYS和FLUENT对船舶复杂围壁分别进行稳态和动态的模拟计算，并将计算结果与相关手册提供的简化算法的计算结果进行对比。结果表明，采用简化计算方法得到的船舶典型围壁传热系数与采用数值方法计算得到的传热系数差异较大，计算误差约达10%。同时，采用稳态传热（即采用传热系数）计算的围壁传热量与采用动态方法计算的围壁传热量的差异也较大。因此，在计算围壁传热量时，应采用动态计算方法。
运用升力线、升力面以及面元法理论为海事40 m级巡逻船设计新型螺旋桨。采用给定环量分布进行螺旋桨理论设计，并通过桨模敞水试验和实桨装船后的实船测试验证该桨的理论设计方法。实船测试主要通过2条相同船型的实船，分别加装图谱桨和理论桨进行航速、轴功率、艉部振动对比测试，用实船试航的试验数据对比分析理论桨相对图谱桨的性能指标。结果表明：采用理论方法设计的螺旋桨相对原来的图谱方法，与船型匹配得更加精确，实船的螺旋桨效率约提高2%；船体艉部振动约减小5 dB。
在舰船装备论证过程中，使用可用度不仅是装备保障能力的量化，还对装备的一些因素有着约束作用。分析使用可用度在论证过程中对装备数量、维修计划、随船备件满足率和全寿命周期费用的影响，建立这些参数之间的定性关系表达式，发现提高舰船使用可用度，有助于减少舰船装备数量和降低装备寿命周期费用，但也会缩短装备寿命期内的维修时间，并要求装备有较高的备件满足率。
为防止舰船导弹舱室内固体火箭发动机发生意外点火，避免出现火灾事故，对导弹舱室内固体火箭发动机意外点火的燃气流场进行数值模拟，并基于组分输运和DPM离散相喷雾模型对导弹舱室内的喷雾降温效率进行耦合计算。然后，通过改变喷嘴组合位置、喷嘴数量、喷雾强度、雾锥角和水温研究相关因素对导弹舱室喷雾降温效率的影响。结果显示：在喷雾降温作用下，导弹舱室内的温度快速下降，温度在3 s内可下降至400 K以下。但是，射流冲击区的降温却不理想，且导弹舱室的底板还需要特殊的热防护措施。同时，考虑到火源的随机性，喷嘴应尽可能均匀布置，数量不宜过少且雾锥角应较大，以提高降温效率。然而，当喷雾强度增大至一定程度后，若再继续增大，降温效率的提高却不明显。研究表明，采用所提喷雾降温数值模拟方法对导弹舱室内固体火箭发动机的意外点火情况进行降温和防控均有效可行。
提出一种利用GPS载波信号相位差测量技术进行实时确定弹体姿态的方法。通过对载波相位差测量航向和姿态原理的分析，建立GPS姿态确定的单差模型，推导采用GPS多天线姿态测量技术实时获取弹体飞行姿态的解算算法，应用最小二乘法估计解算基线向量，然后对GPS姿态估计算法进行仿真计算。仿真结果验证了模型、算法的正确性和有效性。
针对舰用空压机控制电路设计过程，提出基于LabVIEW软件平台的电路检测方法。为实现信号采集功能，设计数字信号输入、输出电路。该信号交互电路以电气元件为基本单元，通过对数字信号的放大、滤波，实现数字信号输入输出功能。该方法克服了传统方法对空压机控制电路全系统功能测试复杂的缺点，在实际生产活动中，可以更方便、快捷地对舰用空压机控制电路功能进行测试，从而锁定全系统电路出现故障的电路模块。经试验测试，该电路采集数字信号准确、快捷，测试程序可以与外部信号交互以实现全功能仿真测试，并且可替代部分实际电路进行功能测试，测试成果可用于研制实际电路模块及全系统的模拟调试。
