2014年 第9卷 第1期
由于航空母舰系统的复杂性及作战任务的特殊性，需在总体设计阶段进行初步方案论证以保证设计的合理性，而相应评估指标体系的建立是进行方案论证的前提。以ADC效能模型为基础，参考一般水面舰船指标体系并针对航空母舰的特殊性，选取影响航空母舰固有能力的主要指标要素，引入解析结构模型分析法（ISM），将指标要素间的关系转化为矩阵元素，通过矩阵布尔运算建立航空母舰固有能力的结构模型。从评估指标体系的决策应用出发，分析由结构模型转变为评估指标体系的若干要点，建立适用于总体方案决策的航空母舰评估指标体系。通过与既有评估指标体系对比分析发现，在指标要素一定的情况下，根据上述过程建立的评估指标体系具有较好的稳定性和合理性。该方法既可直接用于评估指标体系构建，也可用于对既有指标体系的合理性检验。
“全舰计算环境”（TSCE）代表了舰船信息系统集成技术的先进水平，带来舰船系统设计和集成方式的变化。提出一种全舰计算环境体系结构和系统集成框架。全舰计算环境由基础设施和各种领域应用组成。其系统集成框架可以自顶向下分为3个层次，即功能集成、数据集成和物理集成。其中：功能集成包括构件、服务和任务3个层次；数据集成区分实时与非实时应用，包括基于数据分发服务（DDS）的实时数据总线和企业服务总线（ESB）；物理集成除网络基础设施外，还包括显示层、核心层和适配层，分别对应人机接口设备、数据处理设备和适配处理设备。全舰计算环境的工程实施将带来工程管理与系统研制模式的变革。
舰船总体是一个复杂的大系统，具有层次多样性。按一定规则对舰船总体进行多学科设计优化（MDO）的系统分解是MDO的基础。分析舰船总体MDO的系统定义和舰船设计中各个对象、环节之间的耦合关系，以及典型系统对总体方案的影响因素；针对方案阶段舰船总体MDO，对舰船总体进行多学科的系统分解，确定舰船MDO的各系统（学科），梳理出各子系统间的关系，提出舰船多学科的学科体系，构建系统间的耦合关系图。
从布局优化角度分析求解舰船舱室的布局问题，以生活区舱室为切入点，借鉴二维FLP问题的理论和方法，对舱室布局进行分析和模型简化，并进一步分析和构建优化的数学模型。在数学模型构建过程中，定义舱室序列变量、目标评价函数和布局约束。对基本遗传算法在编码方式、遗传算子和流程框架上均做出适应性改进，并用于优化和求解该数学模型，最终输出Pareto舱室序列解集。理论和实例分析表明，所提出的改进型遗传算法能有效解决生活区舱室的布局优化问题。
操纵性能是无人潜器（UUV）航行的重要性能之一，其优劣直接影响到UUV的航行安全和稳定性，UUV操纵性能评判和优化是UUV优化设计的重要组成部分。基于AUTOSUB型无人潜器的设计模型，在充分分析艇体操纵性能的基础上，重点研究UUV水平运动和垂直运动性能，提出了较为完备的UUV操纵性能优化数学模型。采用模糊评判方法构造操纵性系统总目标函数，利用专家咨询法确定了各子系统的权重；通过大量艇体操纵性能数据对各个性能指标进行统计分析，选择模糊数学中对应的隶属度函数进行拟合，确定相应隶属度函数参数；利用禁忌搜索算法对遗传算法的改进而得到的遗传禁忌搜索算法（GA-TS），由并行和分层策略改进遗传算法得到的并行遗传算法（PGA）以及遗传二次载波算法（LGA），将数学模型与这3种算法集成，利用C++语言编写了UUV操纵性能优化软件。通过对总系统优化得到的遗传禁忌搜索算法寻优能力最强，利用该算法研究水平面运动和垂直面运动2个子系统，得到各个性能指标权重对系统目标函数影响程度的排序，同时分别得到一组最佳性能的权重分配。
为解决内倾船型的非线性横摇工程分析问题，以内倾船型为对象，基于横摇、纵摇和升沉相互独立的假设，以线性耐波性计算软件预报的响应函数为基础，开发能计入船舶横倾过程中复原力臂的非线性因素对耐波性影响的预报软件，该软件可用于确定不同船型方案的非线性横摇时历曲线。采用该软件完成内倾船型与常规船型之间非线性横摇的差异对比，提出内倾船型在设计中需注意的地方：在设计过程中宜综合考虑内倾幅度与运动之间的影响后再确定内倾程度；采取措施减少内倾船型的纵摇幅值可在一定程度上减少内倾船型的横摇。
多栖化是无人艇的未来发展趋势之一。提出一型两栖无人艇的概念艇型，其空气螺旋桨布置采用四旋翼飞行器的布置，水面部分采用类似五体船的形式。制作模型并进行一系列的横摇试验，同时还基于系统辨识方法研究不同侧体位置布置方案下的横摇特性。通过比较，验证了辨识方法的可靠性和数学模型的正确性，得到了该艇型的横摇特性在不同布置方案下的变化规律。
采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报。先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性，数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率。整个计算域网格划分均采用全六面体形式，分别采用三种湍流模型进行计算。计算结果与实验的比较表明，SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度，但SST模型的计算速度更快；推力系数误差最大5.8%，力矩系数误差最大为1.7%，敞水效率误差最大为4.3%。然后，将此方法运用到渡船螺旋桨，通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析，证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟，以及其敞水性能的预报。
毂帽鳍作为一种新型的船用节能装置，合理地安排其在桨后的位置，能明显提升螺旋桨的推进效率，因此，有必要对毂帽鳍的节能效果进行研究。采用计算流体动力学方法，对毂帽鳍的敞水性能进行模拟。通过改变鳍叶在桨后的各个参数，分析其尾流的变化，以及各重要剖面处的压力分布等情况。模拟结果表明：鳍叶的不同安装角位置对桨的效率变化有明显的影响，而轴向位置的改变则对其效率的提高影响不大。通过观察尾流分布及压力分布图，可以直观地看出鳍叶的主要功效是产生与螺旋桨转向相同的扭矩，同时使尾流速度降低从而削弱乃至消除毂涡。
相变材料作为温差能热机的工作流体，其热力学状态对周围海水温度非常敏感，且其融点对水下热滑翔机的运行范围影响很大。基于焓法模型，在不同大洋温度剖面下，对以3种相变材料为工作流体的温差能热机进行性能分析；并考虑到不同大洋温度剖面的特点，为温差能热机选择合适的相变材料，以拓宽水下热滑翔机的应用范围。结果表明：在给定的大洋温度剖面下，3种工作流体的相变过程时间不同；以正十五烷为温差能热机工作流体的水下热滑翔机具有更广的运行范围。
基于Kriging近似技术分别构造具有5根、7根龙骨的双层底板架结构强度和稳定性计算代理模型，利用Sobol'进行双层底板架结构各设计参数对板架强度和稳定性响应指标的全局敏度分析。分析结果表明：对于强度响应，板架尺度及布置参数、构件尺寸参数均对其存在较大的影响；而对于稳定性响应，板架尺度及布置参数对其敏感程度较高，构件尺寸参数对其影响较为有限。
基于能量差率基本原理，以非穿透裂纹深度的相对值作为控制裂纹虚比例扩展的无量纲几何参量，构造求解裂纹张开位移幅值的伯努利微分方程，导出以裂纹绝对尺寸和相对尺寸为参数的裂纹张开位移幅值表达式，得到有限大体非穿透裂纹三维应力强度因子闭合解。并给出无量纲应力强度因子与各种相对尺寸参数关系的显式表达式，计算结果与Newman的有限元分析结果基本一致。该方法在工程结构损伤容限与耐久性设计应用中更加便捷、高效。
疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出。对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说，有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究。以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷，裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸，结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法。通过编制计算程序，对某集装箱船甲板进行安全寿命计算。最后，分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响。计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命。
由冲击波引起的结构动力毁伤与由气泡引起的结构动力毁伤机理不同。基于双渐近（DAA）理论，建立一套有限元方法与边界元方法相结合的数值计算程序。分别研究非接触水下爆炸冲击波载荷与气泡载荷作用下三维船体结构的动响应，阐述水下爆炸载荷与三维船体结构之间的流固耦合理论。通过算例，详细讨论冲击波与气泡载荷作用下船体结构的总体响应和局部响应的一些特征与机理。计算结果表明，在非接触水下爆炸中，冲击波主要是对船体结构造成局部毁伤，而气泡则会对船体结构造成总体与局部的双重毁伤。
为分析碰撞中潜艇结构的损伤特性，选取2 500 t级双壳体潜艇作为研究对象，对潜艇结构进行等比例实体建模，并采取潜艇船艏与舷侧部位的撞击形式。利用大型非线性有限元软件Ls-Dyna，从能量、碰撞力和冲击环境3个角度研究碰撞的影响，得出以下结论：潜艇外壳及中间结构是吸能的主要结构，刚度较弱的潜艇艏部会产生大的塑性变形区，而刚度较强的舷侧结构的响应则以动能为主，且伴随着小范围的塑性变形区；撞击力在艏部临界速度附近，产生单峰值及双峰值现象，并确定临界速度值约为15～16 kn；船长方向的冲击环境成对数函数分布，按中级损伤程度，对艇员的影响区域为距离船艏撞击区约0.11倍艇长范围。
通过对等截面鱼雷发射管自航布放无人水下航行器（UUV）过程中的受力进行分析，建立内弹道的数学模型，并对UUV自航布放的出管时间和出管速度进行实时仿真，同时，还对几种典型口径UUV自航布放过程中的阻力变化规律进行对比和分析，从理论上对UUV自航出管的可行性进行论证。仿真结果表明，选取500 mm口径的UUV，通过潜艇的等截面鱼雷发射管进行自航布放完全可行。
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。
设计了一种利用推力传感器测量舰船推力轴承块的压力进而计算出螺旋桨推力的装置。其设计包括系统结构设计和系统电磁兼容性设计。系统整体结构包括推力传感器（感测推力大小，转换成电信号；其中4只测量正车推力，2只测量倒车推力）、传感器级联箱（信号传输及偏载误差调整）和推力显示仪（数据采集和显示）。系统采用整体电磁兼容性设计，抗干扰能力强、可靠性高。推力传感器采用轮辐式结构，突破了薄式小体积、高精度、大量程高过载、耐潮湿及长寿命等关键技术。推力显示仪针对舰船实际情况，实现了数据采集和实时监测功能，数据采集精度达0.2%等级。系统通过了船用环境试验及电磁兼容性试验，且裕量明显，能够安全、稳定、可靠地运行于舰船上。
针对某型压力筒的压力控制快速性和稳态工况下高精度压力控制的要求，考虑到系统惯性较大的特点，以及先导式气动流量调节阀的非线性和迟滞对系统控制性能的影响，基于AMEsim仿真平台，采用模糊PID控制策略，设计模糊PID控制器。动态保压系统试验验证了所设计的控制器具有较好的模糊控制动态性能和较高的PID控制稳态精度，能满足压力筒模拟深海压力的动、静态精度要求。
