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

2018年  第13卷  第S1期

《中国舰船研究》2018年增刊1期目录
《中国舰船研究》编辑部
2018, 13(Supp 1): .
摘要:
[1]船舶摇荡运动分析的线性时域切片方法…张亚晖,马山,段文洋(1)[2]振荡流中二维圆柱的涡激振动数值模拟…邓迪,王哲,万德成(7)[3]毂帽鳍水动力性能数值研究…许璐荣,万德成(15)[4]对称格林函数简化计算的数学推导…杨鹏,叶梦熊,李金成,何景异,杜兆伟(22)[5]基于STAR-CCM+的潜艇尾流场及水动力数值分析…李士强,肖昌润,曹植珺(29)[6]潜艇应急上浮运动的CFD预报…李日杰,陈庆龙,常文田(36)[7]水面舰船轴支架翼型对空化性能的影响分析…张凯,叶金铭,王友乾,于安斌(43)[8]带折角偏流板对超音速尾喷流的影响…郭凯,王强(50)[9]半潜式起重铺管船先进性评价方法…陆丛红,白辉哲,王运龙(57)[10]碳纤维复合材料不同电导率涂层的雷击防护效果测试…付尚琛,石立华,周颖慧,郭一帆,孙卜一,郭跃伟(61)[11]金属柱体雷电间接效应的回路导体仿真分析…黄瑞涛,段艳涛,石立华,罗康,张琪(66)[12]适用于无线通信系统具有滤波特性的微带天线设计…吴为军,奚秀娟,莫熠,刘其凤,陈亮,王春(71)[13]感应电机在线监测磁场传感器设计…刘凯,奚秀娟(75)[14]石墨烯在舰船材料防腐中的应用及展望…张欢,杨季雨,赵丽娟,宋永娇,吴锦荣(82)[15]多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟…徐维铮,吴卫国(92)[16]高强钢船体板架落锤冲击试验及数值仿真…彭正梁,杨磊,费宝祥(100)[17]船用钛、钢法兰连接螺栓的疲劳强度性能分析…宋振伟,曹俊伟,刘玲,郑绍文,徐峰(106)[18]应用于海洋平台的拖链结构设计与数值分析…程科,耿继晨,刘芳华(111)[19]大负荷释能扰动下船用蒸汽蓄能器的热力非平衡特性分析…杨元龙,吴炜,孙玲,李良才(115)[20]船舶蒸汽动力系统的快速变负荷运行性能仿真分析…杨元龙,吴炜,吴金祥,郑子都(121)[21]某燃气轮机舷侧进气流场数值仿真…杨建,朱炜,何文强,王艳国,邹春平,牛茂升(126)[22]油舱蒸汽加热的计算与对比…张建平,庹艾莉,辛宇,余国虎(135)[23]推力瓦块几何参数对船舶推进轴系纵振特性的影响分析…张金国,田佳彬,何涛(142)[24]潜用双模式SOFC-MGT联合发电系统的设计与仿真…朱润凯,梁前超,詹海洋,黄潜龙,任济民(147)[25]舰船电力推进系统中矩阵变换器输出电压谐波频谱分析…吴玲玲,李家志,肖宏,陈丽颖,罗威(157)[26]综合电力系统中整流装置抗冲击特性分析…丁先威,赵建华,吴诗谦(165)[27]舰艇簧片式电气开关抗冲击性能分析…冯麟涵,郭君,黄式璋,赵勋(170)[28]基于电力电子开关的智能化稳压电源补偿策略…范磊,李维波,徐聪,李巍,许智豪(175)[29]螺旋桨涂层对潜艇水下静电场影响仿真分析…刘春阳,汪小娜,王向军,苗海(182)[30]潜艇居住舱室空调送风舒适度数值模拟评估…赵恒,彭文波,周志杰(189)[31]夏季船舶空调动态冷负荷仿真与分析…王淼,张扬,谢军龙(199)[32]基于离散序列的舰船对空自防御性能评估…黄毅,邵菲,黄卫刚(207)
总体与性能
船舶摇荡运动分析的线性时域切片方法
张亚晖, 马山, 段文洋
2018, 13(S1): 1-6, 28. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01261
摘要:
  目的  为了研究船舶在波浪中运动预报的非线性切片方法,从线性时域切片方法出发进行初步探究。  方法  在切片假设前提下,推导二维剖面满足的边界条件,求解二维剖面的水动力系数,进而求解全船的受力及运动响应,并采用方向导数的数值差分方法计算速度势沿船长的偏导数。计算Wigley I船的水动力系数及KVLCC2船、8 000 TEU集装箱船的运动响应,并与其他相关方法的计算值及试验值开展对比研究。  结果  结果显示,所得结果与模型试验结果总体上吻合良好,具有良好的适用性。  结论  所做研究对后续开展船舶非线性时域切片运动预报具有一定的借鉴意义。
振荡流中二维圆柱的涡激振动数值模拟
邓迪, 王哲, 万德成
2018, 13(S1): 7-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01279
摘要:
  目的  在实际油气采集过程中,风、浪和海流的联合作用会使得平台做周期性的振荡运动,并在与平台相连的立管和海水间产生振荡流。圆柱在振荡流中的泄涡特性与在均匀流中的泄涡特性存在明显区别。  方法  采用基于OpenFOAM开源平台自主开发的具有重叠网格功能的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对在静水中做周期性振荡运动的二维刚性圆柱涡激振动进行数值模拟。首先,进行KC=3时的网格收敛性验证;随后,对KC=12时的振荡流中二维圆柱开展数值模拟。  结果  通过数值模拟结果对比,发现圆柱的横向振动加剧了升力系数的变化,使得泄涡方向和圆柱表面漩涡分离点的位置发生了明显变化。  结论  所得研究成果可作为基于切片法的振荡流中细长柔性立管涡激振动数值研究的基础。
毂帽鳍水动力性能数值研究
许璐荣, 万德成
2018, 13(S1): 15-21. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01284
摘要:
  目的  随着绿色船舶理念的兴起,船舶水动力节能技术逐渐成为研究的热点。为降低船舶航行中的能耗,  方法  采用上海交通大学万德成教授课题组自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,对毂帽鳍的水动力特性进行预报;为了更好地考察毂帽鳍与螺旋桨之间的相互影响,计算时分别考察毂帽鳍对桨叶、桨毂以及毂帽的影响。  结果  结果显示,桨毂和毂帽受毂帽鳍的影响较小,毂帽鳍可明显降低螺旋桨扭矩,但对推力的影响较小;进一步研究发现,雷诺数对毂帽鳍的节能特性具有较大影响且存在着一个临界值,当低于临界值时,随着雷诺数的增加,其节能效果会有较大的提升,而在达到临界值后,其节能效果基本保持不变,从侧面说明了在达到临界雷诺数的实尺度时,毂帽鳍会有更好的节能特性。  结论  研究充分证明采用naoe-FOAM-SJTU求解器研究毂帽鳍的节能特性可靠,可为更多种类的节能装置研究提供参考。
对称格林函数简化计算的数学推导
杨鹏, 叶梦熊, 李金成, 何景异, 杜兆伟
2018, 13(S1): 22-28. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01345
摘要:
  目的  为了减少利用边界元法计算大型浮体运动的水动力系数时的面元数量,并提高计算速度,  方法  针对具有对称面的浮体,利用其在求解奇点源强时系数矩阵可以看成循环矩阵的特性,提出对称格林函数的简化计算方法。  结果  利用该方法可以显著地加快对称浮体在波浪中运动的水动力系数求解过程:对于具有1个对称面的浮体,源强系数矩阵只需求解1/2的元素,同时线性方程组的求解时间降为原来的1/4;对于具有2个对称面的浮体,源强系数矩阵只需求解1/4的元素,同时线性方程组的求解时间缩短为原来的1/16。  结论  数值计算结果表明给出的对称性简化方法是有效的,能够极大地提高计算效率。
基于STAR-CCM+的潜艇尾流场及水动力数值分析
李士强, 肖昌润, 曹植珺
2018, 13(S1): 29-35. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01216
摘要:
  目的  为了更好地开展潜艇的概念设计、优化水动力布局及改善螺旋桨进流质量,  方法  基于STAR-CCM+仿真软件,针对主艇体、附体(指挥室围壳、尾操纵面)的不同位置处的壁面压力和摩擦力以及尾部桨盘面处的伴流场,对SUBOFF AFF-8潜艇模型水动力特性进行数值模拟,将无量纲化处理后的计算结果(压力系数、摩擦力系数)与实验数据进行对比。结合SST k-ω湍流模型,对比RANS,URANS和DES方法求解的结果,并利用艇体附近涡量图和尾部速度等值线分析计算结果产生差异的原因。  结果  结果表明,采用RANS方法可以同时较好地解决艇体水动力和尾流场的问题,且性价比较高;采用DES方法分析流场网格尺度控制很重要。  结论  采用RANS方法并结合SST k-ω湍流模型可较好地指导潜艇的概念设计、水动力布局优化,为改善螺旋桨进流质量、降低辐射噪声等提供一种手段。
潜艇应急上浮运动的CFD预报
李日杰, 陈庆龙, 常文田
2018, 13(S1): 36-42. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01070
摘要:
  目的  潜艇应急上浮性能是潜艇生命力的一个重要方面,与潜艇的安全性密切相关。为了掌握潜艇应急上浮过程中的运动规律,  方法  通过建立带有上层建筑非水密区域及流水孔的潜艇结构模型,采用重叠网格方法离散计算域求解RANS方程获得潜艇受到的水动力,并联合六自由度运动方程对应急上浮时的运动姿态进行求解。  结果  得到了上浮过程中纵倾角、横倾角和横摇周期的变化情况,模拟出了潜艇零航速上浮时水下、出水及水面振荡全过程的运动姿态。  结论  研究成果可用于潜艇应急上浮的操纵与控制模拟,为潜艇总体性能设计提供技术支撑。
水面舰船轴支架翼型对空化性能的影响分析
张凯, 叶金铭, 王友乾, 于安斌
2018, 13(S1): 43-49, 74. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01266
摘要:
  目的  为了提高水面舰船轴支架的抗空化能力,  方法  以前轴支架为研究对象,对比不同来流攻角的2种改进翼型与原始翼型的压力分布及抗空化能力,分析在不同流速和攻角时改进翼型的水动力性能。依据空化发生条件,预测上述3种翼型的起始空化航速,并按照计算结果对预测值予以验证。  结果  结果表明:在0°,5°和10°来流攻角,改-1翼型的水动力性能在原始翼型的基础上得到明显改善,起始空化航速大幅度提升;改-2翼型在0°和5°来流攻角时的抗空化能力虽有提升,但在10°来流攻角时,其抗空化性能却急剧下降;采用压力分布预测的起始空化航速与基于空化得到的计算结果比较接近,这说明在精度要求不是很高的情况下,采用此方法预测起始空化航速是可行的。  结论  该研究成果可为水面舰船减振降噪设计提供一种技术途径。
带折角偏流板对超音速尾喷流的影响
郭凯, 王强
2018, 13(S1): 50-56. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01208
摘要:
  目的  为研究战斗机在起飞或地面试车时偏流板的自身性能要求及其对周围流场的影响,以发动机典型轴对称收扩喷管和带折角的偏流板为研究对象,  方法  基于Fluent软件,针对喷管出口截面与不同偏流板转轴水平距离、偏流板不同偏转角和不同折角情况,对尾喷流后的偏流板前、后流场进行数值模拟,分析偏流板表面热力学参数及其周围流场的分布。  结果  结果表明,偏流板与喷管出口的水平距离越远,偏转角越小,偏流板上的压力与温度就越小;而水平距离越远,偏转角越大,偏流板周围流场速度与温度越低,折角能有效加强偏流板对尾喷流的控制导向作用,增加偏流板后方的安全区域。  结论  计算结果对偏流板的研究和设计具有一定的指导意义。
半潜式起重铺管船先进性评价方法
陆丛红, 白辉哲, 王运龙
2018, 13(S1): 57-60. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01365
摘要:
  目的  为了对现有半潜式起重铺管船(SSCV)的先进性进行定位,评估船舶设计是否达到预期效果,并找出存在的问题以指导今后的工作,  方法  在参考国家标准的基础上,结合SSCV的特点和功能,提出一套适用于营运中SSCV的先进性评价指标体系及评价方法。通过实例计算,确定评价方法的适用性和可行性。  结果  结果表明,所确定的先进性评价指标体系及评价方法适用于营运中的SSCV评价需要,评价结果符合工程实际。  结论  所提方法可为设计中的起重铺管船先进性评价提供参考。
碳纤维复合材料不同电导率涂层的雷击防护效果测试
付尚琛, 石立华, 周颖慧, 郭一帆, 孙卜一, 郭跃伟
2018, 13(S1): 61-65. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01397
摘要:
  目的  随着碳纤维增强复合材料(CFRP)在工业领域的广泛应用,其雷击防护性能较差的问题也日益突出。为了验证CFRP不同电导率涂层的雷击防护效果,  方法  基于冲击电流发生装置和雷击损伤效应测试实验台,利用峰值为100 kA的8/20 μs双指数脉冲对3种CFRP试件开展对比测试,并分析CFRP材料遭受雷击的致损机理。  结果  实验结果表明,若采用环氧树脂胶等电导率较小的材料防护层,雷电击穿后,CFRP结构将出现较严重损伤,无法实现雷击防护;若采用铜网等电导率较高材料的防护层,则可有效降低雷电流对CFRP结构造成的损伤。  结论  研究成果可为后续CFRP雷击防护研究提供技术支撑。
金属柱体雷电间接效应的回路导体仿真分析
黄瑞涛, 段艳涛, 石立华, 罗康, 张琪
2018, 13(S1): 66-70, 91. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01407
摘要:
  目的  为了研究金属柱体类军械的雷电间接效应,  方法  研究一种搭建金属柱体类飞行物体雷电间接效应试验装置的方法,并设计一种类似于同轴线的笼型框架作为耦合装置。首先,研究不同终端负载下的电流波形,分析系统的电流谐振;然后,通过电磁仿真软件CST对金属柱体表面电流分布进行仿真,分析不同负载阻抗和不同回路导体排列结构对金属柱体表面电流分布均匀性的影响;最后,根据仿真结果,分析柱体结构表面电流密度及柱体内、外部瞬态电磁场的分布。  结果  仿真结果分析表明,这种类似于同轴线的笼型注入装置可用于金属柱体类物体的雷电间接效应试验。  结论  仿真结果可为下一步的试验提供基础。
适用于无线通信系统具有滤波特性的微带天线设计
吴为军, 奚秀娟, 莫熠, 刘其凤, 陈亮, 王春
2018, 13(S1): 71-74. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01425
摘要:
  目的  为开发一种具有传统辐射特性又具有较好带外抑制特性的微带天线,  方法  采用滤波器综合设计方法,设计一种由微带天线、耦合线和2个谐振器组成的具有滤波特性的天线。微带天线除满足传统天线设计要求外,其外部品质因数应等于带通滤波器最后一个谐振器的外部品质因数,以实现微带天线代替滤波器最后一个谐振器后仍具有滤波器的各项性能;耦合线在滤波器设计中作为导纳变换器,以实现滤波器谐振器与微带天线间的能量耦合。  结果  仿真结果表明:该微带天线的阻抗带宽为2.37~2.53 GHz,阻抗带宽内增益变化平缓,带内增益最大偏差约0.5 dB,最大增益为7.5 dB,在通带外100 MHz处增益迅速降为-10 dBi,具有较好的带外抑制特性。  结论  该具有滤波特性的微带天线减小了滤波器与天线的总体尺寸,降低了滤波器与天线间的传输损耗,可以在现代无线通信系统中应用。
感应电机在线监测磁场传感器设计
刘凯, 奚秀娟
2018, 13(S1): 75-81. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01412
摘要:
  目的  为了实时获取感应电机运行状态下的杂散磁场弱信号,提出一种优化设计的低噪声感应式磁场传感器(IM)。  方法  通过分析磁场传感器的频率响应和噪声模型,找出不同频率段影响磁场传感器性能的主要噪声源,获得等效输入磁场噪声水平公式。以此为依据,设计专用的低噪声放大电路,采用多参数优化方法,针对不同的限定条件,得到优化公式和优化结果,设计出10 kHz线性频率响应的小型磁场传感器,并对感应电机在正常和故障情况下的磁场进行测试。  结果  测试结果表明,10 Hz处的等效噪声水平为2 pT/\begin{document}$\sqrt {{\rm{Hz}}}$\end{document},20 kHz处的等效噪声水平为0.7 fT/\begin{document}$\sqrt {{\rm{Hz}}}$\end{document}  结论  采用优化设计的磁场传感器能够有效监测感应电机的磁场变化,可应用于感应电机的在线监测。
结构与装置
石墨烯在舰船材料防腐中的应用及展望
张欢, 杨季雨, 赵丽娟, 宋永娇, 吴锦荣
2018, 13(S1): 82-91. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01342
摘要:
  目的  舰船材料的腐蚀不仅影响舰船航行安全、降低舰船服役期限,而且还会造成维修负担、产生高额的维修费用,因此进行舰船材料防腐研究,设计新型舰船材料防腐剂具有重要的科学价值和现实意义。  方法  总结现有舰船材料防腐手段存在的问题,提出石墨烯防腐涂料的结构特性及其在舰船材料防腐领域的应用前景。然而,石墨烯涂层由于自身结构缺陷及其与基体耦合作用弱等因素,会导致其与基体在长期作用时出现加速金属腐蚀的现象。针对这一问题,总结出功能化处理石墨烯的方法,将功能化石墨烯与基体复合,得到改性石墨烯/聚合物复合材料并对其进行电化学测试。  结果  结果表明,经过功能化处理的石墨烯在一定程度上能提高涂层的防腐性能。  结论  结合当前舰船材料防腐涂料的研究进展和趋势,可为石墨烯防腐涂料在舰船材料防腐领域的应用提供理论基础。
多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟
徐维铮, 吴卫国
2018, 13(S1): 92-99. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01186
摘要:
  目的  为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,  方法  采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律。  结果  结果表明:增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程。  结论  研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。
高强钢船体板架落锤冲击试验及数值仿真
彭正梁, 杨磊, 费宝祥
2018, 13(S1): 100-105. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01112
摘要:
  目的  基于非线性有限元方法的船体结构碰撞数值仿真分析,其计算精度受到材料本构关系与失效定义、接触定义和单元网格尺寸等仿真控制参数的影响,且相关参数定义还需经过模型试验校准。为了充分模拟实船舷侧板架结构受到碰撞冲击时主要吸能构件的响应特点,使数值仿真模型试验校准充分有效,  方法  采用接近实船的结构构件尺寸和高强度低合金钢材料设计制造模型结构,开展舷侧板架结构落锤冲击试验。通过试验记录,分析在碰撞冲击载荷作用下结构损伤变形的机理和模式。在此基础上,对碰撞冲击后的舷侧板架结构损伤变形进行数值仿真分析,并对有限元仿真结果与模型试验结果进行对比。  结果  结果表明:数值仿真得到的板架结构损伤变形模式与模型试验结果较为一致,较好地模拟了外板的撕裂破坏、膜拉伸变形和骨材断裂以及失稳;冲击加速度曲线也与试验有较好的一致性。  结论  研究结果可为水面舰船结构碰撞仿真及解析计算方法提供验证依据。
船用钛、钢法兰连接螺栓的疲劳强度性能分析
宋振伟, 曹俊伟, 刘玲, 郑绍文, 徐峰
2018, 13(S1): 106-110. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01268
摘要:
  目的  新型舰船与钛合金球鼻艏导流罩一般采用螺栓连接,由于受艏部砰击和波浪载荷等交变载荷的影响,需要对钛、钢连接结构进行疲劳性能分析。  方法  首先,通过有限元法对实船钛、钢连接结构进行受力分析,并对钛、钢法兰连接螺栓的应力进行计算,然后,基于疲劳累积损伤理论和S-N曲线法计算得出钛、钢连接结构的疲劳寿命,同时根据实船钛、钢连接结构的受力分析,制定与之对应的疲劳试验方案,进行钛、钢连接结构的疲劳试验。  结果  结果表明,钛、钢连接接口螺栓的疲劳强度理论计算与试验结果基本一致,对钛、钢连接的疲劳性能分析方法合理。  结论  所建立的钛、钢连接接口疲劳性能分析方法可为钛和钢连接的连接型式、螺栓的选型及连接结构优化提供有益的参考和借鉴。
应用于海洋平台的拖链结构设计与数值分析
程科, 耿继晨, 刘芳华
2018, 13(S1): 111-114, 120. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01125
摘要:
  目的  拖链作为海洋平台上的管线防护设备,是海工装备研发的关键技术之一。为研究拖链的拓扑关系及其结构强度,以某大型拖链的设计为对象进行研究。  方法  首先,根据内链与外链间的铰接关系和内链板上的铰接孔与圆弧形槽之间的几何尺寸关系,对拖链进行拓扑分析,以得到影响拖链回转半径尺寸的因素,即拖链旋转角和节距。然后,运用ANSYS Workbench对拖链的结构强度进行分析,得到拖链在空载时的结构响应。并在此基础上保持原有边界条件不变,增大材料密度来模拟拖链承载时的受力状态,最终得到极限承载力。  结果  结果表明,拖链回转处的铰接轴承受的应力最大。  结论  通过分析,验证了该拖链设计在海洋平台上的应用具有较高的可靠性。
机电与控制
大负荷释能扰动下船用蒸汽蓄能器的热力非平衡特性分析
杨元龙, 吴炜, 孙玲, 李良才
2018, 13(S1): 115-120. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01274
摘要:
  目的  船用蒸汽蓄能器可为船舶大型汽力装置提供推力,为保障其安全稳定运行,有必要研究其在大负荷释能扰动条件下的热力不平衡特性。  方法  根据船用蒸汽蓄能器的特点,建立热力非平衡释能模型。通过对比仿真数据与实验数据,验证热力非平衡释能模型的准确性。采用数值模拟分析大负荷释能扰动下船用蒸汽蓄能器的热力非平衡特性,揭示非平衡分数、非平衡压差和非平衡温差等关键表征参数的分布规律。  结果  计算结果表明,在蒸汽蓄能器的释能过程中,由于水介质的导热系数低,水温传导变化速率滞后于压力响应速率,所以蓄能器内会发生自发闪蒸现象,导致蓄能器的释能流量、压力及温度表现出强烈的热力非平衡状态。  结论  研究成果可为实船蒸汽蓄能器释能过程的优化设计提供数据参考。
船舶蒸汽动力系统的快速变负荷运行性能仿真分析
杨元龙, 吴炜, 吴金祥, 郑子都
2018, 13(S1): 121-125. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01249
摘要:
  目的  蒸汽动力系统的快速变负荷能力是决定船舶机动性能的关键技术指标,对船舶航行的安全性和稳定性而言具有重要意义。  方法  建立包含增压锅炉、汽轮机组、给水泵等设备的蒸汽动力全系统仿真模型,基于实验数据验证仿真模型的动态精度,并针对快速升负荷和降负荷工况下的蒸汽动力系统动态性能进行仿真计算。  结果  计算结果表明:涡轮增压机组与锅炉的匹配速率较慢,制约了动力系统的快速升负荷能力;汽轮机组回汽保护的调节能力不足,限制了动力系统的快速降负荷能力。  结论  研究成果可为实船蒸汽动力系统设计优化提供理论支撑。
某燃气轮机舷侧进气流场数值仿真
杨建, 朱炜, 何文强, 王艳国, 邹春平, 牛茂升
2018, 13(S1): 126-134. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01217
摘要:
  目的  研究风向变化对燃气轮机舷侧进气流场稳定性、均匀性、流动阻力损失的影响,通过仿真研究验证该形式是否满足燃气轮机的进气要求。  方法  采用CFX对燃气轮机进气流场进行数值模拟,通过设定不同的进气角度,对比不同进气状态下其对进气系统内流线分布、前进气百叶窗、侧进气百叶窗及进气系统出口的总压分布、前进气滤清器和侧进气滤清器截面的速度分布,研究不同进气方向下燃气轮机进气的均匀情况。  结果  仿真结果表明,进气角度的不同会导致前进气和侧进气的掺混剧烈程度不同,而在配置了该进气系统之后,前、侧进气角度不同引起的不均匀性在流经进气稳压室后会得到较大改善,从而使得下游流动更加均匀。  结论  研究结果对燃气轮机舷侧进气系统的设计具有一定的指导意义。
油舱蒸汽加热的计算与对比
张建平, 庹艾莉, 辛宇, 余国虎
2018, 13(S1): 135-141. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01255
摘要:
  目的  为了设计和优化油舱的蒸汽加热系统,对油舱的蒸汽加热过程进行计算,  方法  采用Flowmaster仿真计算方法与传统计算方法进行计算,并将计算结果进行对比分析,确认其计算结果的可信性。采用2种方法,分别考察环境温度、加热盘管长度、蒸汽流量、蒸汽温度及加热盘管传热系数对加热过程的影响。  结果  计算结果表明,2种方法的计算误差在3%~7%左右,且通过计算发现,油舱蒸汽加热系统存在最优的加热盘管长度和蒸汽流量等设计参数。2种方法各有其长短,其中仿真计算适用于优化设计,而传统方法便于初步估算。采用2种方法结合的设计方法,可互补长短。  结论  研究结果对油舱蒸汽加热系统的设计具有一定的参考价值。
推力瓦块几何参数对船舶推进轴系纵振特性的影响分析
张金国, 田佳彬, 何涛
2018, 13(S1): 142-146, 164. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01245
摘要:
  目的  推力轴承整体刚度对轴系纵振固有频率具有重要影响,但有关推力轴承油膜刚度影响规律的研究很少,其动态特性仍需深入研究。  方法  在分析推力轴承推力瓦块润滑特性的基础上,通过建立轴系纵振分析模型,开展扇形推力瓦瓦张角、瓦面形面以及支撑形式的参数变化对轴承油膜刚度和轴系纵向振动的影响分析。  结果  结果显示,扇形瓦的瓦张角、瓦面形面以及支撑形式的参数变化,均会对轴承油膜刚度造成影响;随着油膜刚度的增大,轴系的一阶、二阶和三阶纵向振动固有频率将逐渐增加;在油膜刚度偏小时,一阶、二阶固有频率随油膜刚度的变大增加较快。  结论  所做研究对指导推力轴承的设计及轴系纵振控制设计具有重要的理论指导意义。
潜用双模式SOFC-MGT联合发电系统的设计与仿真
朱润凯, 梁前超, 詹海洋, 黄潜龙, 任济民
2018, 13(S1): 147-156. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01388
摘要:
  目的  固体氧化物燃料电池—微型燃气轮机(SOFC-MGT)联合发电系统有利于提高常规动力潜艇的续航力和隐蔽性,为分析该系统在不同运行模式下的性能特性,  方法  利用Matlab/Simulink软件对燃料电池AIP动力装置加以改进,并与微型燃气轮机(MGT)组成顶层循环联合发电系统。根据潜艇的航行状态,提出动力装置的双工作模式。建立SOFC-MGT联合发电系统和尾气处理系统的仿真模型,分析其在设计点工况下的性能指标,以及电流、水碳比、甲烷(CH4)流量、空气组分等因素对系统性能的影响。  结果  仿真结果验证了模型的有效性和可行性,2种工作模式下系统的发电效率分别为59.48%和61.61%,最大功率分别为217 kW和223 kW,其中模式2状态下的系统净功率更高。该联合发电系统在潜艇不同工况下均可保持稳定的输出功率和较高的发电效率,其性能明显优于其他AIP装置。  结论  研究成果可为SOFC-MGT联合发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑。
舰船电力推进系统中矩阵变换器输出电压谐波频谱分析
吴玲玲, 李家志, 肖宏, 陈丽颖, 罗威
2018, 13(S1): 157-164. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01387
摘要:
  目的  针对舰船电力推进系统中矩阵变换器输出电压谐波特性,  方法  基于三重傅立叶级数,提出一种谐波解析计算方法。首先,结合三重傅立叶级数推导出直接传递函数调制法下矩阵变换器输出电压各谐波分量的解析解,然后,根据解析解对谐波分布规律及主要谐波分量进行分析,最后,与实验测得的输出电压波形的快速傅立叶变换(FFT)分析结果进行对比,以验证所提方法的可行性与结论的准确性。  结果  计算结果表明,高频段频率为fc±fin,2fc±fin的共模分量幅值较高。  结论  所提方法能够精确确定所有频段各次谐波分量的幅值和频率,为谐波抑制的研究提供理论依据,同时也可完善矩阵变换器的谐波分析理论。
综合电力系统中整流装置抗冲击特性分析
丁先威, 赵建华, 吴诗谦
2018, 13(S1): 165-169. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01138
摘要:
  目的  综合电力系统是舰船动力推进的发展方向,整流装置是其中的重要组成部分,其抗冲击特性将直接影响综合电力系统的运行状态。  方法  通过建立带隔振器的电气类某机柜有限元计算模型,比较弹性安装与刚性安装方式下的设备冲击响应。专门设计某型刚性安装的整流装置,并在其通电状态下利用液压双波冲击机开展冲击试验。  结果  仿真结果表明,刚性安装方式下设备结构的最大应力响应接近355 MPa,有可能出现轻微塑性变形,但不至于损坏,而弹性安装方式下同样部位的应力则远超屈服极限。试验结果表明,空气开关的极限载荷为冲击谱速度小于3.2 m/s,其他部件在冲击谱速度为4.8 m/s时可正常工作。  结论  电气和电子元器件的抗冲击能力较高,通过焊接或螺钉连接的元器件均未出现脱离,而卡扣式固定的元器件和空气开关等带机械动作结构的元器件则是整流装置的抗冲击薄弱环节。
舰艇簧片式电气开关抗冲击性能分析
冯麟涵, 郭君, 黄式璋, 赵勋
2018, 13(S1): 170-174. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01163
摘要:
  目的  簧片式触点开关作为连接电路的重要元器件,在舰艇电气系统中得到广泛应用。由于该开关对水下非接触爆炸冲击十分敏感,一旦发生损坏,可能导致电气系统失效。为研究簧片式开关的抗冲击性能,确定开关的临界工作条件,  方法  采用有限元方法模拟冲击过程,通过对开关模型施加不同频段的三角波冲击载荷,找到对应频段的临界加速度幅值,以此分析不同频段的响应特性。  结果  结果显示,激励力的冲击谱在某固定点的值一旦超过允许值,开关触头就会出现分离。  结论  因此增加预紧力可改善开关抗冲击性能,为舰船电气设备开关的损伤模式研究及其防护提供依据。
基于电力电子开关的智能化稳压电源补偿策略
范磊, 李维波, 徐聪, 李巍, 许智豪
2018, 13(S1): 175-181. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01276
摘要:
  目的  某舰通信设备的供电电源不能保持在一个稳定的范围内,因此需要一个装置来将其不稳定的电压转化为稳定在200~230 V的供电电压。  方法  研究设计利用晶闸管组成H桥与3个补偿变压器配合构成的一种电力电子稳压电源,借助主控板(ARM)实时采集电源的输入和输出电压、输出电流及冷板温度等关键参数,按照既定的跟踪、补偿策略和装置安全运行的保护措施,实现电源的智能化自动调压功能。  结果  分析和实验表明,该电源能够安全、高效和可靠运行,确保该舰用通信设备的电源能够稳定、安全供电。  结论  研究结果可对稳压电源的智能化以及简化研究提供参考。
螺旋桨涂层对潜艇水下静电场影响仿真分析
刘春阳, 汪小娜, 王向军, 苗海
2018, 13(S1): 182-188. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01260
摘要:
  目的  部分较成熟的螺旋桨涂层技术已在舰艇中试用,而有关螺旋桨涂层对舰艇水下静电场影响的研究则较少。  方法  基于潜艇腐蚀和防腐电场产生原理以及有限元建模方法,采用多场耦合有限元仿真软件COMSOL中的电化学模块,对由潜艇腐蚀和防腐电流产生的电场进行建模,计算外加电流阴极保护系统开启时螺旋桨不同涂层状态下的潜艇水下电场分布。  结果  结果显示,螺旋桨覆盖有涂层时,潜艇水下电场各方向的分量峰—峰值与电场模幅值的最大值较螺旋桨裸露时均有明显降低;在潜艇左侧1.5倍艇宽处与舰艇艏艉线平行的求解路径上,螺旋桨在覆盖有涂层状态下的电场各分量峰—峰值和电场模幅值的最大值较螺旋桨裸露状态下分别减少了55.2%,69.0%,72.2%和64.0%;且外加电流阴极保护所需的阳极输出电流减小了40.2%。  结论  螺旋桨覆盖涂层能大大减少潜艇腐蚀相关静电场,有利于实现潜艇电场隐身。
潜艇居住舱室空调送风舒适度数值模拟评估
赵恒, 彭文波, 周志杰
2018, 13(S1): 189-198. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01278
摘要:
  目的  潜艇舱室环境普遍较恶劣,需提高居住性,基于此,对采用球形布风器的潜艇舱室空调送风气流组织进行研究,评估舱室热舒适度。  方法  使用CATIA构建高精确度的舱室三维模型,采用计算流体力学(CFD)技术,根据实际边界条件,对舱室夏冬两季在水面和水下工况下的送风气流组织进行数值模拟,对使用球形布风器改变送风方向的夏季水面工况送风气流组织进行数值模拟,对各工况下舱室温度及速度分布进行分析对比,对舱室的舒适性评价指标(PMV)值进行计算分析。  结果  结果表明,在各工况下,舱室PMV值在-1~1之间;舱室内大部分区域气流速度分布较为均匀,速度适宜,小于0.3 m/s;舱室大部分区域温度较为均匀,夏季约为24.5~26℃,冬季约为22~23.5℃。  结论  采用球形布风器的潜艇典型住舱空调送风满足舒适性标准要求。
夏季船舶空调动态冷负荷仿真与分析
王淼, 张扬, 谢军龙
2018, 13(S1): 199-206. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01334
摘要:
  目的  为分析固定航线航行船舶的动态冷负荷,总结其变化规律,  方法  建立船舶舱室模型,比较途经航线上6个地区(香港、汕头、福州、温州、上海、大连)时船舶的动态冷负荷的变化情况,建立航向角与太阳方位角之间的联系,分析角度变化引起的动态冷负荷的波动情况。  结果  研究表明,温州地区最大总冷负荷可达9.63 kW,而同一时刻汕头地区的最大总冷负荷仅为5.11 kW,是温州地区的53%。航向角对动态冷负荷影响较大,在航向角为东偏北40°时,动态总冷负荷、动态壁面(包括窗户得热)渗透热带来的冷负荷和太阳辐射得热的最大增幅分别达到21%,43%和62%,航向角偏离正北方向越大,动态总冷负荷增幅越大,增幅和集中时段与角度有关。  结论  在船舶空调设计时,应考虑航行途中航向角变化导致的负荷波动,精确计算空调系统的最大负荷,选择合适的设备型号或优化控制策略。而且空调负荷计算应综合考虑航线途经地区的外界环境影响。
武器与电子信息系统
基于离散序列的舰船对空自防御性能评估
黄毅, 邵菲, 黄卫刚
2018, 13(S1): 207-212. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.00995
摘要:
  目的  为了确定反舰导弹和舰载防御武器之间的对抗关系及相互影响,定量配置舰船自防御武器,  方法  基于离散序列方式实现单次反舰导弹和舰船之间抗命中性问题的模拟。采用蒙特卡罗法实现基于离散序列的舰船对空自防御性能评估,以解决评估的收敛性问题。  结果  研究表明:反舰导弹的直径、攻击位置以及速度等都会对突防效果产生影响,其中速度的影响最大;在自防御武器射程范围之内,攻击距离减少将明显增加反舰导弹的命中概率;而在防御范围之外,攻击距离减少对命中概率的影响并不明显。舰载武器系统反应时间以及单次拦截成功率是影响舰载武器系统防御效果的重要因素,尤其是反舰导弹的速度增加后,其影响更明显。  结论  研究成果为舰船基于生命力的定量设计提供了技术支撑。