留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2017年  第12卷  第6期

《中国舰船研究》2017年第6期目录
《中国舰船研究》编辑部
2017, 12(6): .
摘要:
[1] 基于Rankine源和Kelvin源格林函数求解兴波阻力的复合算法…李井煜,卢晓平(1)[2] 静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究…高智勇,毕毅,姚朝帮(6)[3] 水上机场助航波能灯浮标的波能俘获优化…王广大,毛筱菲(15)[4] 水面舰船粘性流场和流噪声的数值计算…于汉,李清,杨德庆(22)[5] 舵空泡对船体压力脉动的数值分析…王友乾,叶金铭(30)[6] 基于湍流脉动压力的波数-频率谱预报流噪声…伍宏亮,周其斗,吕晓军,孟庆昌(36)[7] RANS,DES和LES对螺旋桨流噪声预报的适用性分析…鲁利,熊鹰,王睿(43)[8] 轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证…郉军华,尚大晶,张成,苗天丞(49)[9] 沉积层面貌和温度主导的声速变化对有限水域试验场声传播特性影响的仿真研究…仪修阳,周其斗,吕晓军(54)[10] 基于多目标优化算法NSGA II的极地穿梭油轮型线设计…段菲,张利军,陈鸽,姜海宁,张琪(66)[11] 破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析…郑红伟,陈长海,侯海量,朱锡,李典(73)[12] 内压下矩形耐压舱内部结构优化设计…陈杨科,余恩恩,骆伟,王红旭,程远胜(81)[13] 船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究…李磊鑫,刘朝骏,陈炉云(86)[14] 空间不均匀流场诱发螺旋桨振动的实验研究…李经,侯磊,黄修长(92)[15] 双层隔振系统隔振性能分析…赵建学,俞翔,柴凯,杨庆超(101)[16] 筏架几何参数对隔振系统性能的影响分析…黎上达,刘彦(108)[17] 舵传动装置的液压与电气驱动振动特性对比研究…向科兵,李维嘉,兰秋华(114)[18] 改进效率控制推进电机的优化分析…蔡清男,朱志宇(120)[19] 基于多回路理论的异步电机径向电磁力计算…何海波,刘海龙(127)[20] 雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用…沈益骏,李博,王鹏皓(134)
总体与性能
基于Rankine源和Kelvin源格林函数求解兴波阻力的复合算法
李井煜, 卢晓平
2017, 12(6): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.001
摘要:
  目的  运用边界元法计算船舶兴波阻力基本上是先求解船体附近的速度分布,然后采用伯努利方程进行压力积分,其计算过程复杂,且误差非常大。  方法  提出一种可快速计算船舶兴波阻力的复合算法,利用Rankine源格林函数求解船体表面源强,结合Lagally定理进行受力计算,并基于Kelvin源格林函数求解船舶兴波阻力。运用该算法对Wigley船的兴波阻力进行计算。  结果  计算结果表明,所用算法相较于运用线性兴波阻力中的薄船理论得到的结果精度更高,而且与完全使用Kelvin源格林函数的算法相比效率也更高。  结论  所用算法可在计算兴波阻力时作为精度与效率之间的一种折中方法。
静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
高智勇, 毕毅, 姚朝帮
2017, 12(6): 6-14. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.002
摘要:
  目的  为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响,  方法  基于RANS方程对静水中并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟,分析两船在不同横向间距、纵向间距和航速条件下阻力、横向力、纵向力及摇艏力矩的变化规律,并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比例。  结果  研究结果表明,两船所受横向力在纵向间距为0(即中对中)时最大,表现为吸引力;随着横向间距的增加,相互作用效应减弱,横向作用力最大降幅达到50%以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大,两船在进入与驶离补给阵位时,所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近,此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波对两船相互干扰的影响,而高速航行时则不容忽略。  结论  所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学模型的构建奠定基础。
水上机场助航波能灯浮标的波能俘获优化
王广大, 毛筱菲
2017, 12(6): 15-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.003
摘要:
  目的  为了对水上机场波能灯浮标进行设计优化,以工作于沿海水上机场的阵列式助航波能灯浮标为研究对象,提出一种小型阵列式浮标的优化设计方法。  方法  基于三维势流理论,计算浮标的垂荡运动响应,在满足最佳能量转换部分(PTO)阻尼匹配的情况下,得到使能量俘获宽度比最大的浮标直径吃水比和浮标间距,然后对单个浮标的能量俘获进行短期预报,并在此基础上结合实际海况对阵列式浮标的能量俘获进行长期预报,分别讨论浮标直径、吃水和浮标间距对阵列式浮标能量俘获的影响。  结果  结果表明,当单个浮标直径吃水比为2.4~2.6时,能量俘获宽度比最大;阵列浮标间距越小,阵列式助航波能灯浮标的能量俘获宽度比越大。  结论  所做的工作可为阵列式波浪能发电装置的设计优化提供一定的参考和建议。
水面舰船粘性流场和流噪声的数值计算
于汉, 李清, 杨德庆
2017, 12(6): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.004
摘要:
  目的  水面舰船周围因非定常流动引起的流噪声问题是舰船声隐身设计技术的难点,自由液面的存在使之不同于潜艇水动力噪声计算。为解决这一问题,  方法  采用流体体积(VOF)法结合SST k-ω湍流模型计算船体外非定常流场,赋予自由液面空气声阻抗来模拟吸声边界。将船体表面脉动压力作为流噪声声源,应用声学有限元法计算水面舰船的水下辐射噪声。  结果  计算所得结果与实验值吻合良好,表明噪声源主要集中在船艏兴波处。  结论  所得结果表明所用计算方法可以较准确地模拟水面舰船的流场与声场,对水面舰船声隐身设计具有参考价值。
舵空泡对船体压力脉动的数值分析
王友乾, 叶金铭
2017, 12(6): 30-35. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.005
摘要:
  目的  船舶航行时舵表面发生的空泡将使船体产生振动和噪声,为了研究舵空化效应引起的船体压力脉动及其影响,  方法  基于Star-CCM流体计算软件,对实船在某航速下在5°和10°舵角航行时产生的空泡进行预报,分析船体压力脉动产生的规律。  结果  分析结果表明,舵空化效应对船体压力脉动有直接影响;在5°,10°舵角工况下,舵空化对船体造成的压力脉动幅值远大于舵表面不存在空化时船体表面的压力脉动幅值,舵发生空化效应越剧烈,船体表面压力脉动的波动幅值就越大。  结论  研究结果论证了舵空化效应对船体的振动和噪声有着直接影响。
基于湍流脉动压力的波数-频率谱预报流噪声
伍宏亮, 周其斗, 吕晓军, 孟庆昌
2017, 12(6): 36-42. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.006
摘要:
  目的  根据Lighthill声类比方程及其发展理论,可以将壁面湍流脉动压力的波数-频率谱作为声源项来预报流噪声,且分析湍流脉动压力的波数-频率谱有助于了解湍流结构的时空关联特性。  方法  以NACA 0012翼型为例,采用大涡模拟(LES)方法进行流场仿真计算,然后通过Fourier变换得到壁面湍流脉动压力波数-频率谱的数值解,并与Corcos的平板湍流边界层脉动压力波数-频率谱模型进行比较;在此基础上,将该波数-频率谱作为声源输入,代入Goldstein版本的声类比方程中预报辐射噪声,并与软件计算的流噪声结果以及Brooks试验拟合结果进行比较。  结果  结果发现:小曲率变化的NACA 0012翼型表面的波数-频率谱具有与平板表面相似的一般特性;在中、低频段采用该方法预报的流噪声结果与Brooks试验结果拟合更好。  结论  所得结果表明开展波数-频率谱研究是有必要的,将其作为主要声源项来预报亚声速下产生的流噪声是合理的。
RANS, DES和LES对螺旋桨流噪声预报的适用性分析
鲁利, 熊鹰, 王睿
2017, 12(6): 43-48, 100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.007
摘要:
  目的  为研究不同湍流模型在螺旋桨流噪声预报中的适用性,以DTMB 4119螺旋桨为研究对象,对非均匀进流条件下的频域噪声进行数值模拟。  方法  首先,采用RANS方法计算螺旋桨在不同进速下的水动力系数和桨叶表面压力分布,并将仿真值与试验值进行比较,验证流场模拟的准确性;然后,分别将RANS,DES和LES这3种方法得到的脉动压力作为声源,结合声学边界元预报辐射噪声。  结果  计算结果表明,线谱噪声是螺旋桨总噪声的主要贡献者;当预报一阶叶频上的噪声时,3种方法所得结果较为接近,可以采用RANS方法进行快速预报;当预报高阶叶频上的噪声时,采用LES方法预报的结果更加准确。  结论  在噪声预报时可以根据需求选择合适的湍流模拟方法。
轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证
郉军华, 尚大晶, 张成, 苗天丞
2017, 12(6): 49-53. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.008
摘要:
  目的  为研究水下射流噪声特性,  方法  应用Lighthill声类比计算轴对称直喷管的自由射流声场特性,借助FLUENT仿真软件并采用大涡模拟法计算该直喷管的水下射流流场,最后基于混响法进行实验验证。  结果  结果表明:稳态射流流场的核心区长度与流速无关,核心区长度约为喷管直径的8倍;射流噪声辐射功率与流速的8次幂成正比;不同流速下的射流噪声功率谱在低频段的差异较大,在高频段的差异则显著减小,且辐射噪声能量主要集中在低频段,但流速增加后射流噪声的主要贡献将向高频段移动。  结论  在射流噪声计算仿真方面,将大涡模拟法和Lighthill声类比相结合是一种有效的分析手段。
沉积层面貌和温度主导的声速变化对有限水域试验场声传播特性影响的仿真研究
仪修阳, 周其斗, 吕晓军
2017, 12(6): 54-65. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.009
摘要:
  目的  为丰富有限水域试验场声传播特性的系列研究,开展沉积层面貌和温度主导的声速变化对试验近场、远场传播损失的影响特性分析。  方法  采用Matlab和VB共同编程软件AcTUP,基于FFP的数值计算方法,仿真计算不同沉积层凹陷形状、凹陷大小、凹陷数量、凹陷分布、斜坡类型、斜坡角度和温度主导声速变化的传播损失曲线。  结果  结果表明:沉积层面貌对试验场声传播特性影响较小,排除了天然有限水域沉积层凹陷未知的面貌对大型复杂船舶与海洋结构物声学试验的影响;温度主导的声速变化对试验场近场的声传播特性影响较小,对远场的传播损失较大,总体上,远场传播损失是随声速的增加而增大。  结论  该研究结果可为在有限水域试验场中进行声学试验提供参考。
基于多目标优化算法NSGA Ⅱ的极地穿梭油轮型线设计
段菲, 张利军, 陈鸽, 姜海宁, 张琪
2017, 12(6): 66-72. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.010
摘要:
  目的  随着北极丰富油气资源的不断开采,需要大量满足极地航行要求的船舶。  方法  将非支配排序遗传算法(NSGA Ⅱ)应用于船体型线优化设计,提出极地船舶多目标优化方法。以船舶无冰静水阻力以及冰区航行阻力为优化目标,通过极地船舶排水量以及船舶能效设计指数EEDI两项标准进行船型筛选,快速实现满足冰区船舶装载量与EEDI排放要求的船型优化。以常规6.5万吨穿梭油轮为研究对象,采用全参数化建模方式,通过极地船舶多目标优化方法分别对3种不同艏部形式的船型进行优化,  结果  优化后的船型均满足冰区IA级航行要求,其中无冰静水阻力最大减小约12.94%,冰区最小推进功率最大减小约27.36%,  结论  有效验证了基于NSGA Ⅱ的极地船舶多目标优化方法的可行性与合理性。
结构与装置
破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析
郑红伟, 陈长海, 侯海量, 朱锡, 李典
2017, 12(6): 73-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011
摘要:
  目的  为探讨高速破片与空爆冲击波相互作用下冲击波与高速破片的传播规律以及速度和能量衰减机制,  方法  采用ANSYS/LS-DYNA软件建立端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型。在破片总质量相同的情况下,改变单个预制破片尺寸,研究破片群单个破片尺寸对冲击波及破片自身传播过程的影响。  结果  结果表明,预制破片群会阻碍破片正后方冲击波的传播,较大程度地降低冲击波的强度和传播速度;在破片群总质量相同的情况下,单个破片尺寸对冲击波传播的影响差异不大;破片群的单个破片尺寸越小,破片群获得的初始总动能越高,但破片速度衰减越快。  结论  因此,在空爆冲击波和高速破片联合作用的研究中,应主要考虑爆炸产生的破片尺寸差异对高速破片载荷的影响。这一结论可为战斗部空爆载荷特性及载荷联合作用研究提供参考。
内压下矩形耐压舱内部结构优化设计
陈杨科, 余恩恩, 骆伟, 王红旭, 程远胜
2017, 12(6): 81-85. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.012
摘要:
  目的  为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,  方法  分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。  结果  其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。  结论  本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。
船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究
李磊鑫, 刘朝骏, 陈炉云
2017, 12(6): 86-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.013
摘要:
  目的  船舶基座结构是船舶减振的重要设备,为提高基座结构的减振效果,在结构表面敷设阻尼材料是常用手段。  方法  以基座结构的加速度振级落差为评价指标,应用各向正交惩罚材料密度法(SIMP),建立自由阻尼材料的拓扑优化数学模型。在优化模型中,其约束条件是确保在阻尼材料总使用量一定的情况下实现阻尼材料在基座结构表面的最优分布。最后,以某型船的主机基座为例,在建立的有限元模型的基础上,开展基座结构阻尼材料拓扑优化的数值计算,并利用基座模型实验的方法对拓扑优化数值计算结果进行实验验证。  结果  经验证,获得了阻尼材料的最优敷设方案。  结论  所得成果对船舶基座结构设计和复合材料的应用具有一定的参考价值。
空间不均匀流场诱发螺旋桨振动的实验研究
李经, 侯磊, 黄修长
2017, 12(6): 92-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.014
摘要:
  目的  为获得空间不均匀流场诱发的螺旋桨振动随其固有频率的变化关系,进行实验研究。  方法  实验获得两种几何外形相同而材料不同的七叶大侧斜螺旋桨在不同工况下的动应变。实验中的空间非均匀流场由螺旋桨上游400 mm处布置的4阶或6阶尾流窗产生。在尾流窗下游100 mm处布置激光多普勒测试系统,测得流场的轴向速度分布。利用贴在桨叶不同位置的应变片测试系统测得桨叶振动应变。  结果  获得了桨叶振动随螺旋桨转速与尾流窗变化的规律,在均匀来流条件、4阶和6阶不均匀来流条件下,动应变频谱的最大峰值分别出现在轴频、4倍轴频和6倍轴频处。明确了非均匀流场激励下桨叶固有模态对其振动响应的影响,当6倍轴频激励力的频率与塑料桨的固有频率一致时发生共振,桨叶振动的幅度最大。  结论  本研究表明设计人员设计螺旋桨时,除关注其水动力性能外,应考虑其固有频率的影响。
双层隔振系统隔振性能分析
赵建学, 俞翔, 柴凯, 杨庆超
2017, 12(6): 101-107. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.015
摘要:
  目的  研究准零刚度隔振器各系统参数对隔振性能的影响,可为其应用于隔振系统提供攻关方向。  方法  以线性隔振、准零刚度隔振组成的双层隔振系统和两自由度等效线性隔振系统为对象,分别建立动力学模型;采用平均法推导谐波力激励条件下2个系统的功率流传递率,证明前者比后者有更好的隔振性能,并提出增强双层隔振系统隔振效果的方法。  结果  研究表明,双层隔振系统第2阶共振频率对应的功率流传递率最大值小于1,意味着其在第2阶共振频率附近范围内仍具有隔振效果,从而克服了两自由度线性隔振系统的缺点。  结论  双层隔振系统可通过适当减小阻尼比、质量比和刚度比来提高其隔振性能,且比等效线性隔振系统的低频隔振性能更好。
筏架几何参数对隔振系统性能的影响分析
黎上达, 刘彦
2017, 12(6): 108-113, 119. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.016
摘要:
  目的  为了研究几何参数对浮筏隔振系统性能的影响,  方法  运用参数化建模技术建立筏架的参数化有限元模型,以振级落差作为隔振效果的评价参数。在弹性筏架总质量不变的前提下,分析筏架几何参数对系统隔振性能和筏架固有频率分布的影响。  结果  结果表明:筏架的几何参数对浮筏隔振系统隔振效果的影响主要体现在中、高频段;筏架高度、长宽比、肋板数目是影响浮筏隔振系统隔振性能和筏架固有频率分布最重要的几何参数;调整筏架几何参数是避开机械设备激振频率的有效途径之一。  结论  所得结论对浮筏隔振系统设计具有一定的工程实用价值。
机电与控制
舵传动装置的液压与电气驱动振动特性对比研究
向科兵, 李维嘉, 兰秋华
2017, 12(6): 114-119. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.017
摘要:
  目的  针对传统的液压驱动的舵传动装置,基于缩比舵传动装置试验台,开展电气驱动方式振动特性研究。  方法  首先研究舵传动装置在电气驱动下机构本身振动特性与负载力及转动角速度的关系,然后对液压、电气两种驱动方式下机构的振动特性进行对比分析。  结果  试验表明,传动装置产生的振动强度与舵叶加载力、舵角零点位置角速度呈正相关,电气驱动方式产生的振动加速度峰峰值和均方根值与液压驱动相比均降低了40%,有效降低了传动装置的整体振动,  结论  对舵传动装置电气化具有参考价值。
改进效率控制推进电机的优化分析
蔡清男, 朱志宇
2017, 12(6): 120-126, 140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018
摘要:
  目的  为了加强对推进电机的控制效果,在实际控制过程中减少能量的损耗,  方法  在传统的推进电机等值电路上,增加铁损电流分量,通过定义引入功率匹配比,寻找电机在给定转速下最高的运行效率,并探讨此功率匹配比对应的磁通;在原有的电机矢量控制中加入效率优化控制模块,以起到电机效率优化、船舶运行节能的效果。  结果  MATLAB/Simulink仿真测试结果显示,加入效率优化控制模块的方法基本适用于各种工况,改进后的电机模型的运行效率明显高于传统电机模型,并且动态性能良好。  结论  工程上可以借鉴该电机效率优化控制方法,以达到节能的效果。
基于多回路理论的异步电机径向电磁力计算
何海波, 刘海龙
2017, 12(6): 127-133. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.019
摘要:
  目的  为了研究变频器供电下的异步电机振动噪声,提出基于多回路模型的异步电机径向电磁力计算方法。  方法  在由定转子基波电流计算气隙磁动势的传统计算方法的基础上,推导由任意定子绕组及转子导条电流计算气隙磁动势及其产生的径向电磁力的解析计算公式。介绍多回路理论及电机各电磁参量的计算方法,建立异步电机多回路动态仿真模型,获得异步电机定子绕组及转子导条电流,推导其产生的径向电磁力的解析公式,并由此计算异步电机径向电磁力,估算其产生的振动。  结果  通过实验验证,发现计算得到的电机振动加速度频率及幅值与实验结果吻合。  结论  所得结论和计算方法可为变频器供电异步电机的低噪声设计提供支持。
雷达液位计测距技术在船舶水尺计重中的应用
沈益骏, 李博, 王鹏皓
2017, 12(6): 134-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.020
摘要:
  目的  传统船舶水尺计重过程中,检视船舶吃水依赖人工目测方法,该方法存在主观性强、准确度及工作效能低等问题。为了解决该问题,  方法  利用在石化行业广泛应用于石油及制品上的雷达液位测距技术,研发一套雷达水尺观测装置,设计优化系列数据计算公式,使其数据结果真实可靠。同时设计雷达和目测检视的对比验证试验,检验其数据结果的准确度。  结果  由雷达传感器、固定支架、显示器等共同组成的雷达水尺检测装置依据靠港船舶的实际应用环境量身打造,并在设计的验证试验中进行试用。  结论  设计定型的雷达水尺检测装置以15船次国际船舶为研究对象,以雷达和人工目测2种方式检视船舶吃水并进行对比试验,数据表明差异范围在0.001~0.022 m之间,平均差异率为0.028%,符合对船舶吃水检视精度的要求。