2020年 第15卷 第4期
2020, 15(4): .
摘要:
[1] 石墨烯材料在舰船强电磁防护技术中的应用…刘培国，刘翰青，王轲（1）[2] 非金属潜水器耐压壳发展概况及展望…罗珊，李永胜，王纬波（9）[3] 声隐身超材料发展综述…许伟龙，彭伟才，张俊杰，何雪松（19）[4] 玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板弯曲能量耗散机制…周晓松，张焱冰，陈如木（28）[5] 轻型复合材料上层建筑与钢质船体连接结构设计分析…李涵，郭占一（36）[6] 环壳过渡对潜艇锥-锥结构极限承载能力的影响…荆腾，吴梵，张二，张宇晨（46）[7] 单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析…李政杰，黄路，赵南，刘俊杰，胡嘉骏，祁恩荣（53）[8] SPS覆层船艏局部加强结构的抗砰击性能仿真分析…田阿利，姚鹏，傅梓轩，赵元帅（59）[9] 碳/玻混杂夹层板低速撞击损伤特性试验研究…朱镕鑫，白雪飞，梅志远，周军（66）[10] 复合材料地效翼船结构设计计算方法研究…李永胜，王纬波，张彤彤（73）[11] 高耐磨甲板防滑涂层的制备及其性能研究…邓琦，王同良，白杨，姜秀杰（82）[12] HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究…邱实，张连民，胡红祥，郑玉贵，杨柏俊，王建强（89）[13] 船用铝合金与复合材料用防火材料导热系数研究…程嘉欢，杨洪刚，孙宝国（97）[14] 舰船电磁屏蔽涂料的环境适应性试验研究…赵金鹏（105）[15] 基于交流阻抗技术的涂层性能评价方法…许志雄，周欢，芦树平，张聪，高超，许飞凡（110）[16] 基于SPH模型的2种压力振荡抑制算法比较分析…孙雷，程聪，郑博学，刘昌凤（117）[17] 开设内槽翼型的水动力性能数值模拟…解学参，常晟铭，王超，郭春雨（127）[18] 小水线面三体船耐波性数值模拟…张明霞，卢鹏程，王志豪（135）[19] 循环水槽船模阻力试验不确定度分析…童寿龙，陈作钢（144）[20] 基于流固耦合的轮缘推进器水动力性能和强度校核分析…罗晓园，刘亮清，谭琨（153）[21] 离心泵口环间隙流动特性的数值模拟…赵存生，韩小溪，崔哲（159）[22] 倒L形主蒸汽管道防甩设计分析…薛梅新，彭学创，周雅杰，闫超星（168）[23] 基于改进SHADE算法的船舶电力系统推力分配…朱昱雯，肖健梅，王锡淮（173）
[1] 石墨烯材料在舰船强电磁防护技术中的应用…刘培国，刘翰青，王轲（1）[2] 非金属潜水器耐压壳发展概况及展望…罗珊，李永胜，王纬波（9）[3] 声隐身超材料发展综述…许伟龙，彭伟才，张俊杰，何雪松（19）[4] 玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板弯曲能量耗散机制…周晓松，张焱冰，陈如木（28）[5] 轻型复合材料上层建筑与钢质船体连接结构设计分析…李涵，郭占一（36）[6] 环壳过渡对潜艇锥-锥结构极限承载能力的影响…荆腾，吴梵，张二，张宇晨（46）[7] 单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析…李政杰，黄路，赵南，刘俊杰，胡嘉骏，祁恩荣（53）[8] SPS覆层船艏局部加强结构的抗砰击性能仿真分析…田阿利，姚鹏，傅梓轩，赵元帅（59）[9] 碳/玻混杂夹层板低速撞击损伤特性试验研究…朱镕鑫，白雪飞，梅志远，周军（66）[10] 复合材料地效翼船结构设计计算方法研究…李永胜，王纬波，张彤彤（73）[11] 高耐磨甲板防滑涂层的制备及其性能研究…邓琦，王同良，白杨，姜秀杰（82）[12] HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究…邱实，张连民，胡红祥，郑玉贵，杨柏俊，王建强（89）[13] 船用铝合金与复合材料用防火材料导热系数研究…程嘉欢，杨洪刚，孙宝国（97）[14] 舰船电磁屏蔽涂料的环境适应性试验研究…赵金鹏（105）[15] 基于交流阻抗技术的涂层性能评价方法…许志雄，周欢，芦树平，张聪，高超，许飞凡（110）[16] 基于SPH模型的2种压力振荡抑制算法比较分析…孙雷，程聪，郑博学，刘昌凤（117）[17] 开设内槽翼型的水动力性能数值模拟…解学参，常晟铭，王超，郭春雨（127）[18] 小水线面三体船耐波性数值模拟…张明霞，卢鹏程，王志豪（135）[19] 循环水槽船模阻力试验不确定度分析…童寿龙，陈作钢（144）[20] 基于流固耦合的轮缘推进器水动力性能和强度校核分析…罗晓园，刘亮清，谭琨（153）[21] 离心泵口环间隙流动特性的数值模拟…赵存生，韩小溪，崔哲（159）[22] 倒L形主蒸汽管道防甩设计分析…薛梅新，彭学创，周雅杰，闫超星（168）[23] 基于改进SHADE算法的船舶电力系统推力分配…朱昱雯，肖健梅，王锡淮（173）
2020, 15(4): 1-8.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01662
摘要:
目的 针对复杂海洋战场环境下舰船电子信息系统面临的强电磁武器攻击威胁，介绍基于石墨烯材料的新型强电磁防护技术。 方法 首先分析石墨烯独特的光电特性以及可调谐性能；然后综述近年来石墨烯光电器件的研究进展，并介绍本课题组在石墨烯太赫兹调制器和石墨烯光子晶体等领域的研究成果；最后综述石墨烯及其复合物在吸波材料领域的研究现状。 结果 研究结果表明，将石墨烯材料及其光电器件用于强电磁武器防护以及舰船雷达隐身技术具有一定可行性。 结论 该研究对于提高舰船电子信息系统的电磁兼容性和生存能力、保障打赢信息化条件下的海洋战争有着重要意义。
2020, 15(4): 9-18.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01632
摘要:
全海深潜水器已成为各国海洋研究的热点，而耐压壳是潜水器的核心部件。深海工作环境对耐压壳的力学性能提出了更高的要求，材料的升级是实现该目标的关键点之一。一些非金属材料，如复合材料、陶瓷、玻璃等，由于具有高比强度、耐腐蚀等特性，尤其适用于海洋装备的制造，在潜水器耐压壳应用领域显示出巨大的潜力。通过对现阶段深海潜水器耐压壳材料需求的论述，基于复合材料、陶瓷、玻璃等几种非金属材料的材料特性，分析其用于潜水器耐压壳的优势，概述几种非金属材料在各国潜水器耐压壳方面的发展和应用情况，总结目前存在的技术问题，并展望该领域值得进一步研究的方向。
全海深潜水器已成为各国海洋研究的热点，而耐压壳是潜水器的核心部件。深海工作环境对耐压壳的力学性能提出了更高的要求，材料的升级是实现该目标的关键点之一。一些非金属材料，如复合材料、陶瓷、玻璃等，由于具有高比强度、耐腐蚀等特性，尤其适用于海洋装备的制造，在潜水器耐压壳应用领域显示出巨大的潜力。通过对现阶段深海潜水器耐压壳材料需求的论述，基于复合材料、陶瓷、玻璃等几种非金属材料的材料特性，分析其用于潜水器耐压壳的优势，概述几种非金属材料在各国潜水器耐压壳方面的发展和应用情况，总结目前存在的技术问题，并展望该领域值得进一步研究的方向。
2020, 15(4): 19-27, 35.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01624
摘要:
随着声呐技术逐步实现低频探测等特点，声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料，可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性，探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比，声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声，牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。
随着声呐技术逐步实现低频探测等特点，声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料，可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性，探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比，声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声，牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。
2020, 15(4): 28-35.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01426
摘要:
目的 为了解玻璃纤维/树脂复合材料夹层板在弯曲载荷作用下的能量耗散机制，从能量耗散角度开展数值模拟分析和试验研究。 方法 基于有限元软件ABAQUS建立玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的有限元分析模型，对三点弯曲试验中典型的破坏模式和能量耗散机制进行模拟分析，将数值模拟结果与试验结果进行对比。在数值模型有效性分析的基础上，进一步分析面板和夹芯层厚度对玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板力学承载性能和能量耗散机制的影响。 结果 结果表明，增加表层复合材料面板厚度能够更大程度地提高玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的比吸能效率。 结论 研究成果可为玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层结构的工程防护应用设计提供参考，具有一定的理论意义和工程应用价值。
2020, 15(4): 36-45.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01565
摘要:
目的 设计可靠、有效的复合材料上层建筑与钢质主船体连接结构是复合材料上层建筑在舰船上应用面临的难点之一。 方法 综合考虑各种连接结构的优、缺点，采用“π”型双螺栓、双剪切连接形式设计复合材料与钢连接结构。提取上层建筑与主船体连接位置在浪花飞溅冲击载荷作用下的垂向反力及弯矩作为设计载荷，利用有限元软件ANSYS校核2种工况下的强度。 结果 计算结果表明，各项需要考核的应力指标均小于材料的极限应力，并且保留了一定的安全裕度，所设计的连接结构较为合理、可靠。 结论 在2种设计工况的强度校核中，泡沫芯材剪切应力的安全裕度最小；对于芯材较厚的夹芯板，泡沫芯材的剪切应力是薄弱环节，故在设计复合材料夹芯板连接结构时，应重点关注芯材的剪切问题。
2020, 15(4): 46-52.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01645
摘要:
目的 运用有限元方法研究环壳过渡对锥-锥结构极限承载能力的影响。 方法 采用弧长法分别计算无初始几何缺陷及含一阶模态变形初始缺陷的锥-环-锥及锥-锥连接结构的极限承载能力，分析其破坏模式，通过对比，得出环壳过渡对不同锥角的锥-锥结构极限承载能力的影响规律。 结果 结果表明，当环壳右侧锥壳的半锥角较小时，锥-环-锥与锥-锥结构舱段的破坏发生在环壳左侧锥壳壳板，前者的极限承载能力优于后者，且含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了12%~13%；随着环壳右侧锥壳半锥角的不断增大，两种结构极限承载能力的差距不断缩小。当右侧半锥角继续增大，结构的破坏区域变为环壳右侧锥壳，锥-环-锥结构的极限承载能力与锥-锥结构保持一致，含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了8.8%左右，锥-环-锥结构对左侧锥壳的初始缺陷敏感度相对于右侧锥壳更高。 结论 研究结果可为潜艇锥-环-锥结构的设计提供参考。
2020, 15(4): 53-58.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554
摘要:
目的 为实现船体结构的轻量化设计，采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构，在保证原有结构承载性能的前提下，降低船体结构重量。 方法 针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题，利用ABAQUS软件，对其进行屈曲分析和非线性有限元分析，并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析， 结果 得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明，结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异；相同重量下，设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强，加筋板与V型金属波纹夹层板次之。 结论 不同结构型式的轻量化减重效率有所不同，金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。
2020, 15(4): 59-65.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01631
摘要:
目的 SPS夹层板具有优越的抗冲击性能，可应用于船艏局部加强设计中，以提升船艏的抗砰击性能。 方法 采用非线性有限元软件LS-DYNA，分析基于质量相当原则设计的SPS覆层船艏在外飘砰击载荷作用下的结构吸能、应力等力学行为，并与传统钢质船艏的吸能特性进行对比分析。 结果 研究结果表明，SPS覆层船艏的总体比吸能峰值与钢质船艏相比提升了18.2%；SPS覆层外板是船艏的主要吸能组件，与钢质外板相比，SPS覆层外板组件的比吸能峰值最大增幅为41.3%；SPS覆层船艏的内部板架应力峰值更小。 结论 将SPS覆层应用于船艏局部加强能显著提升结构的吸能效果，缓冲砰击载荷，降低内部结构应力，保障结构安全，是一种提高船艏总体砰击极限承载力的有效手段，研究结果可为高性能船舶设计制造提供参考。
2020, 15(4): 66-72.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01652
摘要:
目的 碳/玻混杂夹层板结构可有效提高船用复合材料层合板弯曲的刚度及强度。为探讨其耐撞击损伤及柔性层表面覆盖防护特性，开展了相关试验研究。 方法 采用落锤法对碳/玻混杂夹层板、玻璃纤维层合板以及碳/玻混杂+单侧贴敷橡胶复合板等3型平板的低速耐撞击性能进行对比试验，对3型结构撞击载荷作用下的宏观损伤形貌特征进行分析，并对比一阶模态阻尼比以评估3型平板的损伤程度特征规律。 结果 结果表明：相同冲击能量作用下，玻璃纤维层合板的损伤区域沿厚度方向呈现较为规则的圆台形，而碳/玻混杂板的损伤区域主要表现为较为明显的层间分层，并集中于碳纤维层与玻纤维层界面处；玻璃纤维层合板的层间损伤面积普遍小于碳/玻混杂夹层板；随着冲击能量的递增，冲击损伤程度的增加对碳/玻混杂夹层板一阶模态阻尼比的影响低于玻璃纤维层合板；单侧贴敷橡胶对碳/玻混杂板的防护作用随着冲击能量递增而减弱。 结论 研究结果为碳/玻混杂夹层板广泛运用于船舶领域提供了可靠的支撑。
2020, 15(4): 73-81.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01630
摘要:
目的 在复合材料地效翼船的结构设计中，目前尚无相应的对其结构进行强度和稳定性评估的规范方法。选取复合材料地效翼船设计中夹芯复合材料主浮舟及机翼这2个关键部件的结构强度及稳定性计算方法开展研究。 方法 重点探讨主浮舟及机翼结构的设计载荷计算方法，以及对应夹芯板的强度衡准、整体及局部稳定性计算方法与衡准。利用建立的计算方法对复合材料地效翼船主浮舟的总纵弯曲强度、机翼结构强度以及稳定性进行算例分析。 结果 结果表明，建立的计算方法可以用于复合材料地效翼船主浮舟和机翼结构的强度及稳定性计算，算例中的复合材料地效翼船设计方案满足结构强度和稳定性要求，经受住了实船试验的考核验证。 结论 所得方法可供复合材料地效翼船结构设计计算参考。
2020, 15(4): 82-88.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01695
摘要:
目的 为解决大型设备对船舶甲板表面的磨损问题，研制一种新型高耐磨甲板防滑涂层。 方法 该涂层主要由底漆、防滑层及面漆组成；采用摩擦系数测试仪和滑动磨损测试仪分别进行涂层防滑、耐磨损性能测试，研究涂层在不同工况（干、湿、油态）下的磨损行为。 结果 研究结果表明：研制的甲板防滑涂层具有高耐磨性及较高的摩擦系数；在不同工况条件下的摩擦系数随着磨损次数的增加逐渐降低，其中油态条件下涂层的摩擦系数最低，主要与航空煤油的润滑作用有关；涂层的磨损失重率随着磨损次数的增加呈上升的趋势；涂层的磨损机制主要为初期磨损阶段的磨粒磨损和稳定磨损阶段的粘着磨损。 结论 研究成果不仅能够保证海洋结构物的服役安全性，还可为新型甲板防滑涂层的开发和应用提供理论依据。
2020, 15(4): 89-96.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01696
摘要:
目的 为提升2024铝合金表面的耐蚀性能，开展先进涂层制备技术及其腐蚀行为研究。 方法 采用空气超音速火焰喷涂（HVAF）制备铝基非晶合金涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对非晶涂层及2024铝合金基体的成分、微观结构进行分析。采用电化学工作站监测非晶涂层和铝合金基体在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为，并借助扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察。 结果 结果表明：HVAF工艺较高的喷涂速度有效降低了涂层的孔隙率（0.35%）；同时，较高的喷涂速度使得熔化颗粒的冷却速度高于非晶形成所需的临界冷却速率，极大增加了涂层的非晶含量（高达81.3%）。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，铝基非晶合金涂层的耐蚀性能优于2024铝合金基体，其钝化电流密度为8×10-6 A/cm2，点蚀电位约为-0.30 VSCE，低频下的阻抗值约为2024铝合金基体的4倍。铝基非晶合金涂层的腐蚀机制为均匀腐蚀，而2024铝合金基体为点蚀。 结论 HVAF工艺可制备具有高非晶相含量、低孔隙率的铝基非晶合金涂层，能明显改善铝基非晶合金涂层的耐蚀性能。
2020, 15(4): 97-104.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01638
摘要:
目的 随着铝合金和复合材料结构件规模化上舰，原有防火材料已无法满足新需求。鉴于此，研制的新型防火材料需获得合适的导热系数。 方法 以标准耐火试验样件为研究对象，建立防火材料导热系数的算法。首先，使用无限大平板非稳态传热模型，进行空间-时域离散，实现耐火分隔传热过程的计算。其次，建立火场传热模型，对材料表面传热系数和发射率2个参数进行近似处理，并验证该近似处理对背火面温度的计算结果不产生明显影响。最后，通过分析铝合金、复合材料与钢材的高温力学差异，确定防火材料背火面温度的限值。通过导热系数的迭代，计算防火材料背火面温度，得到满足要求的导热系数。以陶瓷棉为例计算背火面温度，并与前人试验结果对比。 结果 背火面温度的计算结果与试验结果相符，验证了所提算法的可靠性。利用此算法，得到该防火材料用于铝合金结构时，导热系数应不大于0.032 W·m-1·K-1；用于复合材料结构时，应不大于0.020 W·m-1·K-1。 结论 得到的导热系数可以为铝合金和复合材料结构用新型防火材料研制提供参考。
2020, 15(4): 105-109, 126.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01653
摘要:
目的 为增强舰船电磁屏蔽涂料的环境适应性，对其进行理论及试验研究。 方法 首先对电磁屏蔽技术进行理论分析与计算，获取评估铝基材表面涂覆层导电性能的方法；其次选取4种不同型号的电磁屏蔽涂料（国外CHO型、国内HHY型、QJH型和NS型），采用刷涂和喷涂2种工艺方法制备试验样件，通过环境适应性试验研究各型号电磁屏蔽涂料涂覆层导电性能的变化情况。 结果 研究表明：当采用同种工艺方法时，HHY型和QJH型电磁屏蔽涂料涂覆层的导电性能较好；当采用同种电磁屏蔽涂料时，喷涂工艺制备的涂覆层导电性能更好。 结论 所做研究可为电磁屏蔽涂料在舰船电子设备中的应用提供参考。
2020, 15(4): 110-116.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01398
摘要:
目的 船舶表面使用涂层涂覆是常见的船舶防腐方法，涂层防腐性能的好坏直接反映船舶表面的腐蚀程度。尽管涂层涂覆作为船舶上有效的防腐技术已经应用了几十年，但始终缺少对涂层防腐性能进行快速有效检测的方法。 方法 通过建立合理的涂层体系等效电路模型，采用交流阻抗检测技术对试验涂层进行盐雾老化和紫外老化涂层性能试验，并利用Matlab数据处理软件对试验结果进行计算分析。 结果 从而得出涂层体系中各等效元件的参数来评估涂层的性能，并制定涂层老化失效电化学评定标准。 结论 盐雾老化和紫外老化涂层性能实验结果表明，基于交流阻抗技术及相应的电化学评价参数能够快速准确地对涂层性能进行综合评价。
2020, 15(4): 117-126.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01680
摘要:
目的 传统光滑粒子流体动力学（SPH）方法在模拟包含自由液面的水动力学问题时存在流场压力振荡。为了选取有效的算法来抑制压力振荡，对比分析密度正则化和密度耗散项这2种密度耗散算法对压力振荡的抑制效果。 方法 采用波高探测程序定量比较流动形态，并考虑运动速度对2种算法的影响。针对二维矩形液舱中的晃荡问题，考虑在不同的角速度情况下，选取流场中的压力和波面高度变化综合评判2种算法的效果。 结果 通过比较后发现，密度耗散项算法在耗散系数取为0.05时在不同的角速度情况下，均能有效抑制压力振荡，获得更稳定的流场压力和波面形态；当角速度较小时，密度正则化算法的结果较差。在角速度高的晃荡问题中，2种SPH算法对抑制压力振荡的效果基本持平。 结论 该结论具有一定的工程借鉴价值。
2020, 15(4): 127-134.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01789
摘要:
目的 水下翼型具有减阻和节能的特点，因此，常应用于高性能船舶的舵和减摇鳍的设计之中。从目前对翼型的水动力性能研究来看，对翼型进行一定程度的改进，如开设内槽、增设前缘结节等，均会使翼型的水动力性能得到显著提升。为研究开设不同形式的内槽对翼型水动力性能的影响并探求相关作用机理，开展相关研究。 方法 对NACA0012型号的翼型开设内槽，利用计算流体力学的方法对具有不同内槽形式的翼型进行水动力计算。 结果 结果表明：将椭圆形式的内槽开设在翼型前缘对翼型水动力性能的提升最为显著，而为了保证内槽处水流的平稳流动，内槽应有一定的宽度。 结论 研究成果能够对船用舵的改进起到一定的参考作用。
2020, 15(4): 135-143, 152.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01764
摘要:
目的 小水线面三体船与普通三体船相比具有较大的潜体并极大地减少了水线面面积，因此普通三体船的耐波性规律不完全适用于小水线面三体船，小水线面三体船的耐波性还有待研究。 方法 因模型试验具有周期长、成本高、环境要求苛刻的特点，难以对所有方案进行试验与分析，故采用STAR-CCM+平台模拟船体周围的黏性流场。首先，考虑到网格设置、流场模型选择的影响，验证采用STAR-CCM+平台进行耐波性计算的可行性与可靠性；然后，研究系列弗劳德数Fr下不同侧体位置时小水线面三体船耐波性的变化规律。 结果 结果显示，Fr=0.234（低速）时，小水线面三体船的耐波性优于普通三体船，Fr=0.494~0.797（中、高速）时情况较复杂；小水线面三体船侧体靠近船艏时耐波性更优。 结论 研究结果可为小水线面三体船的设计提供一定的借鉴。
2020, 15(4): 144-152.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01658
摘要:
目的 采用试验流体力学（EFD）和计算流体力学（CFD）方法研究流体力学，都存在不确定度分析的问题。针对循环水槽船模阻力试验开展不确定度研究，分别分析精度极限、天平标定和数据采集过程中引起的不确定度。 方法 针对循环水槽所特有的、来流不均匀度和湍流强度难以通过EFD方法求解不确定度的敏感系数，根据上海交通大学循环水槽的实际情况建立相关数学模型，采用CFD模拟得到来流不均匀度和湍流强度对总阻力的影响，应用不确定度理论得到相应的不确定度分量，对CFD计算的不确定度进行专门分析。 结果 结果显示：在CFD不确定度分析中，修正和未修正的计算结果均得到了有效确认，表明利用CFD模拟开展研究可行；循环水槽船模阻力试验合成相对不确定度为1.91%，湍流强度对阻力的影响最大，起主导作用，在设计循环水槽时应尽可能降低湍流强度；由不均匀度引起的不确定度分量，以及由精度极限、天平标定和数据采集过程引起的不确定度分量均不大。 结论 采用CFD方法分析EFD不确定度的一些分量，具备可行性和一定的借鉴意义。
2020, 15(4): 153-158.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01794
摘要:
目的 为了综合分析轮缘推进器的整体水动力性能和强度性能，提出采用基于流固耦合的计算方法进行联立求解。 方法 首先，采用计算流体动力学（CFD）方法计算3种不同导流罩结构的轮缘推进器在不同进速下的推力、扭矩和效率等参数，分析3种结构的轮缘推进器的水动力性能计算结果，以确定最佳的导流罩结构型式；然后，通过联立求解，将CFD计算结果作为轮缘推进器强度校核的载荷条件，计算其在实际工况下的等效应力。 结果 计算结果表明：导流罩对轮缘推进器水动力性能的影响非常大，即使采用相同的螺旋桨模型，不同的导流罩结构也将直接影响整个推进器的推力和效率；对于配置最佳导流罩结构型式的轮缘推进器，螺旋桨在设计航速下的最大等效应力为许用值的68.16%，可以满足设计工况条件下的强度要求。 结论 流固耦合计算方法适用于轮缘推进器的水动力性能和强度校核的有效分析。
2020, 15(4): 159-167.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01806
摘要:
目的 在开展离心泵的结构设计和性能研究时，往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性，还将影响其流场分布，故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。 方法 以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象，采用ANSYS CFX开展仿真模拟，分析不同口环间隙（0，0.5，0.7，1.06 mm）对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。 结果 结果表明：不同口环间隙下，离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致，两者的相对误差小于5%（1.06 mm间隙除外），验证了数值仿真方法的可信度；随着口环间隙的增加，在设计工况下，离心泵的扬程约下降20%，效率约下降19%；小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加，大间隙处的整体压强有所下降，叶轮盖板的径向压强呈不对称分布；口环间隙导致流体内部的湍流紊乱，而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。 结论 研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。
2020, 15(4): 168-172.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01543
摘要:
目的 受历史条件所限，船舶核动力系统关于高能管道断裂防甩设计的研究较为欠缺。因此，有必要针对船用蒸汽发生器至舱壁的主蒸汽管道断裂防甩设计问题进行研究。 方法 采用LS-DYNA软件对倒L形管道U形箍防甩系统的甩击过程进行碰撞有限元分析，计算2种U形箍布置方案的应力、应变分布及U形箍甩击力和位移时程曲线的变化规律。 结果 结果表明：对于蒸汽接管嘴焊缝假想破口，倒L形管道横向位移大于垂向位移，需增设U形箍限制横向运动。考虑舱室空间尺寸限制，倒L形管道直角弯头处45°斜向安装1组U形箍，可替代弯头两端2组U形箍，兼顾弯头两端焊缝假想破口甩击防护。 结论 研究成果对船用核动力蒸汽管道防甩设计具有重要指导意义。
2020, 15(4): 173-182.
doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01586
摘要:
目的 为了解决船舶推进器之间相互作用所致的推力损失和电力系统功率波动问题，提出基于成功历史记录的自适应参数差分进化（SHADE）改进算法。 方法 建立以船舶推进系统功率消耗为目标函数，以推进器的推力和方向角为控制变量，以推进器推力和方向角的变化率为约束条件的多变量优化问题。针对传统SHADE算法，提出一种根据迭代程度自适应参数的改进SHADE算法，对推力分配问题进行最优求解，并将传统SHADE算法和改进SHADE算法的仿真结果进行对比。 结果 仿真验证结果表明：在相同的仿真环境下，由传统SHADE算法求解得到的实际推力力矩指令与动力定位控制器产生的期望推力力矩指令之间的误差较大，且推进器的功率波动较大；而改进SHADE算法可以显著减小期望推力和实际推力的力矩指令误差，其中纵荡和横荡误差在±5×10-5 kN范围内，艏摇力矩误差在±3×10-5 kN·m范围内。 结论 改进SHADE算法可以在环境扰动下更精准地传递动力定位控制器的指令，从而优化解决船舶电力系统的推力分配问题，同时可为如何利用推力分配维持船舶电力系统的稳定性研究奠定基础。
