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2013年  第8卷  第4期

国外舰船生命力评估与损管技术发展现状综述
浦金云, 侯岳, 陈晓洪
2013, 8(4): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.001
摘要:
舰船生命力及损害管制是舰船战斗力发挥的重要保障,生命力评估与损管决策技术已成为国际上研究的热点问题。特别是近年来,国外海军取得了一系列研究成果。然而,生命力评估与损管决策技术是一门交叉学科,仍然具有广阔的发展空间。针对该领域的研究现状,重点分析了国外生命力评估系统的开发现状、智能损管辅助决策与损管监控技术的发展趋势以及管网智能重构技术的研究成果。
基于层次加权求和的舰船平台特征评估方法
丁勇, 王宁
2013, 8(4): 6-11. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.002
摘要:
为舰船平台特征评估方法提供一种合理化计算模型,以层次分析方法(AHP)为理论依据构建评估指标体系,对多方案、多目标的复杂系统做出定量分析:利用模糊数学理论模型主观上分析采集评估指标数据;采用层次比对法计算各指标值权重;再通过加权求和层次递阶计算评估总值,最终得出舰船性能的综合评估结论。在对某型舰船3种设计方案选择的实际应用中,有效计算出方案3的平台特征最优,证明该方法适用于多方案、多目标、多层次复杂系统的具体分析和计算,在舰船设计和改进方案选择中具有使用合理性和实用价值。
基于体积力法的船舶回转运动水动力数值研究
吴召华, 陈作钢, 代燚, 邓德衡
2013, 8(4): 12-19. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.003
摘要:
船舶的回转性能是船舶操纵性能的一个重要方面,准确预报船舶回转运动时的水动力对于船舶的安全操纵设计具有重大意义。对照试验数据,应用计算流体动力学(CFD)方法,基于商用软件FLUENT 数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用一种便捷的描述型体积力模型代替实体螺旋桨的作用,预报船舶做单平面定常回转运动时的受力和力矩。计算结果与理论值吻合较好,研究表明应用本文所采取的体积力法数值研究船舶定常回转运动是高效、可行的。
五体船兴波阻力预报和减阻设计遗传算法
谢扬, 卢晓平
2013, 8(4): 20-26,41. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.004
摘要:
以线性兴波阻力薄船理论Michell积分和科钦函数线性叠加原理为基础,采用正交切比雪夫多项式拟合片体横剖面面积曲线,得出单体船、三体船和五体船通用的线性兴波阻力数值计算公式。据此,对不同侧体位置布局的Wigley五体船算例的兴波阻力进行系统的计算,并分析侧体位置布局对五体船兴波阻力的影响规律。在此基础上,进一步应用遗传算法对五体船的侧体位置布局进行减阻设计,得到五体船在计算航速下的侧体位置布局减阻设计方案。研究表明,所提五体船兴波阻力线性理论算法以及侧体位置布局减阻设计遗传算法均有效可行。US对其水下非接触爆炸载荷下的抗冲击性能进行数值仿真计算。计算结果表明,合理的结构设计及材料选择可使球鼻艏结构在不同水下非接触爆炸载荷下的塑性变形均处于安全范围内,并发现其主要薄弱环节位于导流罩与船体外板的连接区域,从而在设计中对薄弱环节进行适当加强。
三体船粘压阻力预报方法
李柯, 宗智, 孙雷
2013, 8(4): 27-35. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.005
摘要:

三体船快速性的研究是三体船新船型开发技术的支撑。通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同航速下三体船的粘压阻力进行计算。试验研究采用将三体船侧体分别放置在船中、船前部和船后部3个不同的纵向位置以及距船中心线3个距离不同的横向位置,测量9个侧体位置下三体船在静水中的总阻力。运用第八届ITTC公式计算摩擦阻力系数,进而算出剩余阻力系数。通过数值模拟的方法,基于细长体理论对三体船兴波阻力系数进行计算,再根据三因次换算方法计算粘压阻力系数。得出不同构型下三体船在静水中的粘压阻力系数,并作出其随Fr 数变化的曲线,观察在侧体位置不同的情况下,三体船的粘压阻力系数随航速变化的规律。根据所得粘压阻力系数曲线,提出初步预报三体船粘压阻力系数的一种简单方法。

基于CFD 的潜器外形优化
刘明静, 胡小菲, 吴军
2013, 8(4): 36-41. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.006
摘要:

潜器的外形对于其总体性能非常重要,而传统的外形设计方法难以满足优化设计的需要。通过对潜器外形特点的分析,建立其外形几何表达式,并以排水量和浮心纵向位置建立约束方程。该数学模型生成的外形方案可以满足性能要求,减少设计过程中的重复,同时还解决了优化所需的方案集的难题。通过建立优化代理机制,可减少数值模拟计算次数;拟合函数的极值求取,又可为优化指明方向;最后,可采用计算流体动力学(CFD)数值模拟对优化的结果进行验证。

新燃油舱保护规则对大型公务船设计的影响
陈锐, 刘维国, 邓爱民
2013, 8(4): 42-45,58. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.007
摘要:

为防范海上船舶溢油事故,研究并提出确定性与概率性相结合的燃油舱保护设计方法。以某大型巡航救助船为例,分别介绍确定性设计和概率性设计方法的要点,确定性设计方法主要采用双底双壳设计,概率性设计方法则主要是以平均泄油量参数为基础进行评估,并重点阐述对燃油污染防护程度进行评估的方法。研究表明,采用此设计方法可以满足规范的要求。

三明治夹层板振动特性与优化
赵晓春, 李祥宁, 李凯, 杨洪娜
2013, 8(4): 46-51. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.008
摘要:

针对粘弹性材料的频变性,采用模态应变能法求解三明治夹层结构的各阶固有频率及损耗因子,讨论粘弹性材料的厚度、刚度变化对结构的频率和损耗因子的影响,并采用零阶近似法进行模态损耗因子的初步优化设计;最后,对夹层板结构的横向应变动力响应进行探讨。计算结果表明,所提出的建模及计算方法有效,对于三明治夹层板的动力特性研究,考虑芯层的横向应变影响是必要的。

船用新型蜂窝隔振器减振性能分析
张梗林, 杨德庆, 朱金文
2013, 8(4): 52-58. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.009
摘要:
利用蜂窝结构面内受力特性,设计具有宏观正泊松比和宏观负泊松比效应的新型船用蜂窝隔振器,该新型隔振器也可作为基座使用。建立蜂窝隔振系统的有限元模型,通过模态分析和频响分析,探讨其减振效果。计算结果表明,新型隔振器的减振效果良好,在50 Hz以下频率范围内振级落差均能达到17 dB,具有较好的工程应用潜力。同时,探讨了隔振器面板分别采用钢与纤维复合材料时减振性能的差异,结果表明,采用复合材料面板的共振抑制效果更好。
隔振系统中垫片表面工艺质量与法向接触刚度的关系
王鹏, 李天匀, 朱翔, 潘国雄
2013, 8(4): 59-63. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.010
摘要:
安装船舶隔振系统时,由于不同隔振器实际承载和变形量的偏差,需要使用垫片来调整安装间隙。而已有研究表明,隔振系统中垫片的表面工艺质量与法向接触刚度有关联。基于分形接触理论,分析推导垫片法向接触刚度与材料属性、表面工艺质量的关系式,结合表面粗糙度与分形参数的关系,提出一种利用表面工艺质量参数(如粗糙度、粘合率等)估算垫片法向接触刚度的方法。数值计算结果表明:垫片法向接触刚度随表面粗糙度值的减小和粘合率的增大而增大,且粘合率的影响相对较大;当粘合率一定时,法向接触刚度在Ra≥6.3 μm 时变化较小,而在Ra≤6.3 μm 时变化较大;综合考虑垫片加工水平、加工成本以及接触面对系统的影响,建议垫片表面加工精度取Ra = 6.3 μm 为宜。
多自由度刚体隔振系统冲击响应计算方法
袁东红
2013, 8(4): 64-67. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.011
摘要:

现代舰船设计要求对机械设备隔振系统进行冲击校核。目前,我国舰船设备隔振系统的冲击响应计算主要采用GJB 1060.1-91《舰船环境条件要求——机械环境》中的方法。但该标准给出的多自由度系统动力学模型针对的是多质量且每个质量具有单自由度的系统,而一般隔振系统多为单质量、六自由度系统,因此该模型并不适用于多数实际的隔振系统。以该标准为基础,应用DDAM 方法中的三维主模态理论,建立一种单质量、六自由度隔振系统的冲击响应计算模型,可反映出隔振系统的六阶振动模态在冲击响应中的参与程度,从而更准确地描述实际冲击过程。数值算例分析结果表明,与国家军用标准模型相比,采用该模型计算出的机械设备冲击位移响应更小。

船用海水冷却管路冲击响应计算
查友其, 张成, 丁建军, 郑超凡
2013, 8(4): 68-73. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.012
摘要:

为研究船用复杂管路系统的抗冲击性能,以推进柴油机海水冷却管路系统为研究对象,建立完整的管路模型,包括对管路附件、连接设备及支、吊架的模拟。为分析管内液体对管系抗冲击性能的影响,采用折算流体体积法和考虑流固耦合的ALE算法进行计算对比,得出液体影响折算系数。研究结果表明:计算时应根据管径对液体的影响系数进行折减;管路系统在弯头与三通处易产生塑性变形;垂向冲击载荷作用下垂直弯头的响应远大于水平弯头。

某型船舶进气道阻力特性预测与结构优化
陈放, 陈汝刚, 李军华, 蔡林, 刘建军
2013, 8(4): 74-78. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.013
摘要:

进气道阻力的大小直接影响舰船动力装置的工作性能。对某型船舶的进气道进行流场数值计算;建立进气道流场离散模型,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT求解描述进气道流场的Navier-Stokes方程组,并对其进行变工况及结构优化分析。结果表明:随着竖直隔板开口距离的增大,阻力系数逐渐减少;通过加装水平整流板可以减少局部阻力系数并最终降低整个进气道阻力损失;与原设计结构相比,优化后阻力系数下降达8%以上;进气道阻力特性受进气温度影响也不可忽略,当进口温度由15 ℃升高至40 ℃时,原模型进气道阻力系数增加8.5%。

船用换热器三维流场数值模拟
王冶, 徐筱欣
2013, 8(4): 79-85. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.014
摘要:
采用Pro/E软件对闭式机舱淡水海水换热器的三维建模,利用FLUENT软件对该换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,分别以壳程总压降、总传热率、速度这三个方面作为综合衡量标准,分析具有不同折流板弦高、折流板数目的几种淡水海水换热器模型的速度场、温度场和压力场。结果表明:随着折流板数目的增加,壳程流体的压降逐渐升高,出口温度逐渐减小;随着缺口高度的增加,壳程流体的压降明显下降,出口温度也明显增加。
舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响
刘红光, 张崇猛, 陈伟, 邹毅
2013, 8(4): 86-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.015
摘要:

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′ 左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。

基于云计算的作战系统集成结构
刘伯峰, 刘帆, 朱伟锋, 董晓明
2013, 8(4): 92-96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.016
摘要:

在传统模式下,作战系统各设备分别独立完成各自作战计算。受舰艇布置空间和经费等的限制,存在着局部计算资源分散、资源利用率不高等问题,较大程度上制约了作战系统信息化水平和能力的快速提升。为满足现代化战争对作战系统计算能力的要求,将具有开放式和分布式特点的云计算技术应用于作战系统。针对云计算的运行特点,提出面向服务的作战系统整体集成框架;开展基于云计算的作战系统功能及配置划分,阐述高性能计算存储设施的主要作用;提出基于分布式存储和计算的结构,实现了作战系统高性能、可靠存储和计算。

水面舰艇作战系统任务剖面结构优化
徐勇, 杨翠蓉, 杨子晨
2013, 8(4): 97-102,122. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.017
摘要:

现代海上战争对水面舰艇作战系统的作战能力提出了越来越高的要求。为提升系统作战能力,使系统最大限度地适应灵活的作战任务,提出基于Petri网的任务剖面结构优化方法。首先对作战系统的任务剖面进行描述,建立任务剖面的活动模型;然后,根据所提出的活动模型向结构模型的转换规则得到任务剖面的结构模型;最后,以水面舰艇对空自防御作战为例,采用Petri网的流程优化方法对作战系统任务剖面进行结构优化。结果表明,所提出的方法能够缩短任务的平均完成时间,提高作战效率,达到预期优化效果,可用于作战系统的方案论证和设计中。

舰载指控系统三种体系结构的可靠性建模与比较
肖继刚, 周强
2013, 8(4): 103-108. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.018
摘要:

舰载作战指挥与武器控制系统(简称指控系统)体系结构的发展,对满足未来先进舰载指控系统或改进现役舰载指控系统装备具有重要意义,其中指控系统体系结构的可靠性是关系系统性能优劣的重要因素之一。在分析舰载指控系统的系统需求基础上,针对集中式、分开式和分布式3种不同的舰载指控系统体系结构分别进行可靠性建模分析,推导出3种体系结构的可靠性表达式。算例计算结果表明,分布式体系结构具有优于其它两种体系结构的可靠性指标。未来舰载指控系统采用分布式体系结构已成为发展趋势。

分组传送网技术在舰船网络系统中的应用
曲全福, 石励, 王奕
2013, 8(4): 109-115. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.019
摘要:

随着现代水面舰船信息化程度的不断提高,舰船各类信息设备产生的数据越来越多,为满足设备间的数据交互需求,舰上配置有多套网络系统。针对目前舰船网络系统技术体制迥异、数据互联互通困难、网络设施建设重复以及管理维护复杂等弊端,对多种一体化网络技术进行对比分析,提出采用分组传送网(PTN)技术来搭建舰船一体化网络系统的新思路,并基于舰用网络应用需求搭建典型拓扑测试环境对PTN技术的关键指标进行了分析和测试。结果表明:采用基于PTN技术的舰船一体化网络方案不仅可以提高网络的集成性、可用性以及维护管理能力,而且还可满足舰船时分复用业务和分组业务的一体化接入需求。

国内装备维修保障资源优化技术研究综述
敬军
2013, 8(4): 116-121. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.020
摘要:

通过对国内有关维修保障资源优化文献的回顾,分析了在决策方法、需求预测、配置优化等方面的研究现状和特点,认为未来的维修保障资源优化技术将要更多的考虑费效比和纳入复杂多因素的影响作用,并向综合化、信息化方向发展。

海底管道外表面阴极保护系统优化设计
杨钟, 施以航, 黄一
2013, 8(4): 122-130. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.04.021
摘要:

针对海底管道外表面阴极保护系统优化设计,在传统的规范设计基础上,提出基于数值模拟计算的优化设计技术,设计可以完整描述实际工程中海底管道外表面防腐系统状态的大规模样本,基于边界元方法实现4 480种管型(32 120个数值模型)的大规模数值模拟计算,得到海底管道外表面阴极保护系统大规模优化设计数据库。在对输入、输出参数进行相关性分析的基础上,应用L-M算法和贝叶斯正则化算法实现两级人工神经网络映射关系的训练。数值仿真结果表明,建立的神经网络映射模型精度高达0.05%,收敛性良好,可以为海底管道外表面阴极保护系统优化设计提供先进的技术手段。