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2013年  第8卷  第5期

面向服务的舰艇作战系统集成框架研究与原理验证
黄坤, 石朝明, 董晓明, 张剑
2013, 8(5): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.001
摘要:

为适应未来海上战争需求的变化和技术的发展,满足舰艇作战系统集成优化的设计要求,提出采用面向服务架构(SOA)的思想对作战系统进行集成,以提高系统灵活性和互操作能力,实现系统灵活定制部署,促进作战系统系列化发展。介绍面向服务的舰艇作战系统集成的总体框架和技术特征,重点分析面向服务的舰艇作战系统集成的关键技术,并开展集成框架的原理验证试验。试验结果表明,面向服务的作战系统集成技术路线合理可行,在功能层面上能够满足作战系统集成的要求,为作战系统的研制提供了一种新的解决方案。

集成式上层建筑对舰船平台设计影响综述
田斌斌, 徐青, 罗彩蓉, 李勇刚
2013, 8(5): 6-12. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.002
摘要:

集成式上层建筑在有限的空间内实现了众多舰载设施的功能集成,是先进舰船上层建筑技术的发展趋势。集成式上层建筑在使水面舰船面貌耳目一新的同时,也给舰船的诸多方面带来了不同程度的影响。讨论了集成式上层建筑对舰船平台电磁兼容性、稳性、隐身性、烟流和进排气噪声、露天作业以及生命力等方面的影响。在设计过程中,应制定舰船性能的优先级顺序,对这些影响进行综合权衡,以发挥舰船集成式上层建筑的优势。

舰载飞机发动机尾流场数值模拟
何庆林, 卢晶, 杨大鹏
2013, 8(5): 13-18,51. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.003
摘要:

为了解舰载机在飞行甲板起飞时发动机尾喷流被喷气偏流板偏转后的流场分布情况,以国外某型舰载机和喷气偏流板为研究对象,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程、[k-ε]湍流模型和离散坐标模型(DO模型),借助计算流体动力学(CFD)技术对该舰载机起飞时的尾流场进行了三维数值模拟,空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解,时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进,直至流场收敛。结果表明:喷气偏流板对尾流场起到了很好的偏转作用,尾喷流对喷气偏流板背部区域的设备和人员几乎没有影响;尾流场中的高温高压气流主要分布在喷气偏流板与喷口之间的区域,在起飞作业过程中,舰面工作人员和设施要避免进入该区域。所得结果从理论上证明了该喷气偏流板的设计方案能满足舰载机起飞的需求。

基于SLP和遗传算法的容积型船舶内部舱室位置布局设计优化
胡耀, 姜治芳, 熊治国, 王健
2013, 8(5): 19-26. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.004
摘要:

针对容积型船舶内部舱室位置布局设计优化这一复杂多目标组合优化问题,在对其进行理论阐述的基础上,综合运用启发式方法中的SLP方法和智能算法中的遗传算法(GA)对其进行问题分析与优化求解,并详细阐述模型建立、SLP分析以及GA优化的过程。同时,以船舶生活区内部舱室位置布局设计优化为实例,对该方法进行了论证。结果表明,该方法具有一定的可行性和有效性。

大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法
陈静, 张攀, 肖汉林, 周心桃, 柯逸思, 周巍
2013, 8(5): 27-32. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.005
摘要:

多学科设计优化(MDO)是解决复杂系统工程问题的有效手段。通过对大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法进行研究,将船体结构设计分为船体横剖面结构布置方案自动生成、船体横剖面结构方案优选、船体结构重量估算3个步骤;根据总体方案提供的主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱等信息,依据骨材(桁材)均匀布置和余量控制的原则,生成船体横剖面结构布置方案,并提出一套参考母型船设计,确定设计船构件尺寸初值的方法;在船体横剖面结构方案优选过程中,采用调用代理模型代替板架有限元仿真模型的方法来减少结构分析的计算时间,并采用组合法获得重量最轻的设计方案。

顶浪中船舶水动力计算与运动模拟研究
方昭昭, 赵丙乾, 金武雷, 朱仁传
2013, 8(5): 33-40. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.006
摘要:

基于计算流体动力学(CFD)方法建立数值波浪水池,对顶浪中航行船舶的水动力与运动进行数值计算研究。推导出一种船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达方法并进行模拟验证,计算不同航速下顶浪中Wigley-III船模所受的水动作用力,以及顶浪中航行的Wigley-III船模的运动。通过将计算结果与DUT(Delft University of Technology)相关的试验数据进行比较,吻合良好。研究表明:基于数值波浪水池的数值模拟较试验更容易实现和控制,能够获得船体周围详细的流场信息,在波浪中舰船水动力性能与运动的研究等方面具有广泛的适用性。

水下航行体的改进S面运动控制器
王建国, 姜春萌, 吴方良, 周轶美
2013, 8(5): 41-45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.007
摘要:

为研究水下航行体的纵向速度对其余自由度运动所产生的影响及其自身所承受的静力学作用,在分析水下航行体运动模型的基础上,提出了一种改进S面运动控制器。该控制器不仅保留了常规S面控制器参数易于调整且结构简单的优点,同时还克服了常规S面控制器在水下航行体高速航行时运动控制效果差的缺点。引入李雅普诺夫函数对该控制器的稳定性进行分析,并将该控制器成功应用于水下航行体的运动控制。将改进S面运动控制器与常规S面控制器的试验结果进行对比,结果表明:改进S面运动控制器在水下航行体的运动控制方面具有可行性及有效性。

金字塔点阵夹芯板单元结构准静态压缩性能研究
钱海峰, 张振华, 牟金磊, 杜国宾
2013, 8(5): 46-51. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.008
摘要:
点阵夹芯板结构是一种新型的轻质、高强度多功能材料,在船舶领域有着广泛的应用前景。而传统金属材料的夹芯结构面板与芯子之间是通过粘结或焊接连接,易造成弱界面缺陷。基于此,提出一种增强金属材料桁架类夹芯复合壳板结构节点强度的新型加工工艺方法。首先,对点阵夹芯结构在准静态压缩载荷作用下的弹性本构关系进行理论分析;然后,对用该方法制备的节点增强金字塔点阵夹芯复合壳板单元结构进行准静态压缩试验研究。结果发现,随着载荷的增加,金属杆发生塑性屈服并在中间部位出现了断裂。最后,将试验结果与理论预测值进行比较,发现二者吻合较好,证明了理论分析的正确性。
复合材料加筋板的光纤光栅测试与分析
陈斌, 王凯歌, 翟玉文
2013, 8(5): 52-57. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.009
摘要:

设计材料用量相同的复合材料帽形加筋板和T形加筋板,基于2种结构的应变规律理论分析和有限元应变计算结果,提出在筋内部铺设光纤光栅的方案,并制作试验模型进行应变试验测试。将理论应变分布规律、有限元应变计算结果、电阻式应变片测试结果和光纤光栅应变测试结果进行对比分析,结果表明,光纤光栅应变测试结果的线性度要优于应变片。对于帽形加筋板和T形加筋板,光栅的单向应变测试结果与有限元计算结果的误差分别为6%和4%,剪切应变误差均为23%,且上述误差均小于应变片测试结果与有限元计算结果间的误差。

含裂纹船用气瓶安全评价及剩余寿命预测
何冠军, 刁爱民, 李海涛, 何建峰
2013, 8(5): 58-63. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.010
摘要:
针对船用气瓶使用过程中出现的疲劳失效问题,开展含裂纹气瓶安全评价及剩余寿命预测研究,通过疲劳裂纹扩展速率试验,得到疲劳裂纹扩展速率公式。对3种典型尺寸表面裂纹进行理论计算,获得船用气瓶安全评定结果和临界裂纹尺寸,并通过3种人工预制裂纹疲劳试验和安全评价验证理论公式的合理性。评定结果表明:当初始裂纹深度[a]≤1.5 mm,长度[2c]≤10 mm时,船用气瓶可安全使用至下一周期。
含阻振质量的L型结构在舱段壳体隔振中的应用
夏齐强, 陈志坚
2013, 8(5): 64-70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.011
摘要:
利用波动理论分析L型连接板转角处阻振质量阻抑振动波传递的特性,基于阻抗失配和波形转换原理,将此阻抑技术引入壳体隔振设计中,数值计算壳体隔振设计前后的振动与声辐射性能,讨论阻振质量的重量和截面尺寸对其隔振性能的影响,并在此基础上根据模态控制法进一步对壳体隔振设计进行探讨。研究结果表明:将转角含阻振质量的L型连接结构引入壳体隔振设计,不仅能有效降低动力舱段结构的振动,而且还能显著隔离振动波向邻近舱段的传递;在总的阻振质量不变的前提下,合理地布置变质量变截面的阻振质量能显著提高总的隔振降噪效果。
潜艇艉轴及电机激振对电机基座加速度的影响
谭路, 纪刚
2013, 8(5): 71-75. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.012
摘要:
电机振动为潜艇噪声的重要振源,掌握其特性对于优化艇体结构设计有着重要的意义。采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量阻尼算法,对潜艇的2种不同位置激振的工况进行水下振动计算,并对数值计算结果进行了比较和分析。从离散频率的加速度值和功率两个层面上初步讨论了低频段内艉轴激振力与电机激振力对电机基座上加速度的影响。结果表明:在艉轴激振力比电机激振力大一个数量级的情况下,艉轴激振力对电机基座加速度的影响远小于电机激振力对其的影响,因而可以忽略。在实艇航行中,当艉轴与电机激振力同时存在的情况下,确保了电机振动特征信号测量的准确性。
基于差速器原理的三体船动力传动装置研究
路勇, 金春晓, 张为越
2013, 8(5): 76-80,121. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.013
摘要:
将舰船安装在船艉的螺旋桨安装到三体船主船体的两舷,此间水流场流速较快,基本没有涡流和紊流,可有效降低螺旋桨运行时的振动与噪声,并节约动力装置运行的能耗。同时,由于不再使用普通船舵,并采用这种对称式双螺旋桨动力装置,从而大大提高了舰船的续航力和生存力。结果表明,此设计在舰船节能减排、降低能耗、提高续航力和增加安全性等方面有显著效果。因此,基于汽车差速器原理来控制舰船的对称式双螺旋桨,可实现舰船的转弯变向。将该设计应用于三体船上,能有效提高三体船的灵活性和快速性。
舰用齿轮箱及推力轴承抗冲击三维数值模拟
程潇欧, 聂方
2013, 8(5): 81-86. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.014
摘要:

采用动态设计分析方法对舰用齿轮箱和推力轴承进行抗冲击性能分析,同时创新性地引入质量控制领域中的[3σ]准则思想,基于齿轮箱和推力轴承冲击作用响应确定齿轮箱和推力轴承的抗冲击危险区域,针对大齿轮传动轴轴承、轴承座、大齿轮传动轴辐板部位、下箱体箱壁交叉处等抗冲击的薄弱环节和危险区域进行结构优化设计,并与原结构进行对比分析。结果显示,适当增加危险区域的板厚,在设备质量仅微量增加的前提下可显著提高舰用齿轮箱的抗冲击能力,所采用的评估体系和流程适用于舰船所有设备的抗冲击性能预测与评估。

水压环境下轴承支撑结构变形对其载荷分布的影响分析
邱磊, 吴崇健
2013, 8(5): 87-90. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.015
摘要:

当水下轴承支撑在工作过程中受到外力作用时,轴承的内圈或外圈会产生偏离理想圆形的变形,因而需要考虑变形后的形状来获得真实的载荷分布,或者把轴承套圈视为柔性。针对水下回转轴承内圈与其中空支撑轴结构采用固联装配的情况,分析了海水压力作用下中空支撑轴变形引起的轴承内圈变形,以及由此引起的轴承间隙变化,建立了轴承负荷与滚动体负荷的平衡方程,通过数值仿真计算,得到变形后轴承内圈的载荷分布。计算结果表明,在水下压力环境下轴承内圈变形后与变形前的载荷分布截然不同。轴承的力学性能下降,将会影响轴承的使用可靠性及寿命。

一种船舶舱室火灾报警优先级评估模型
姚绪梁, 蔡晶
2013, 8(5): 91-96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.016
摘要:
舱室是船舶的重要组成部分。当某舱室发生火灾时,其相邻舱室极易引发连锁性起火,此时如果报警系统不能及时、准确、可靠地给出各舱室的关联报警信息,就会对整个船舶造成严重危害。为了增加船舶火灾报警系统的早期预警与关联报警功能,分析了通常情况下典型船舶舱室的火灾报警判别要素并对其进行量化,建立舱室火灾报警优先级BP神经网络评估模型,运用LM算法对该评估模型进行学习训练,并通过测试样本验证该船舶舱室火灾报警优先级评估模型的可行性与准确性。该方法有助于提高报警系统对各舱室火灾探测报警的准确性,从而可降低由于舱室关联起火而导致发生船舶重大损失的概率。
新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析
李焱, 唐友刚, 赵志娟, 吴植融
2013, 8(5): 97-103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.017
摘要:

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮(FDPSO)的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。

可调式水下软刚臂单点系泊方案试验研究
夏华波, 余蕾, 景勇, 杨晓波, 朱永凯
2013, 8(5): 104-111. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.018
摘要:

针对渤海浮式生产储卸油轮(FPSO)浅水系泊,提出一种简易可调节式水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案。该方案对传统单点进行改进,将军柱移到水下,无水上系泊塔,减小了载荷作用;其系泊臂为水下可调节刚性结构,可按作业水深调节FPSO的铰接点。对方案进行模拟试验,包括FPSO满载和压载、百年一遇和作业工况。试验主要考察方案运动和系泊力并与理论计算进行对比分析。结果显示:试验值大多小于理论值,它们的误差除横荡在15%左右外,其余误差基本在9%以内。

一种基于空间APIT的甲板移动目标定位算法
黄龙水, 程昌, 王云
2013, 8(5): 112-116. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.019
摘要:

大型载机舰甲板上飞机和车辆的准确定位是实现甲板智能、高效转运的重要基础。然而,传统光学定位和声波定位在甲板面环境下对大型目标定位均存在一定的局限性。将无线传感器网络中先进的平面近似三角形内点(Approximate Point-In-Triangle,APIT)测试定位算法推广到三维空间,通过将伴随节点和主节点组成节点组来构造目标物的相对运动,并通过APIT测试、权重投票的方式筛选定位栅格,从而实现甲板上飞机的定位。仿真结果表明,理论上该方法的定位精度符合实际定位需要,算法有较高的可靠性和稳定性,具备应用的基本条件。

基于PDM的船舶修理项目管理系统设计
梁乾
2013, 8(5): 117-121. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2013.05.020
摘要:

针对船舶修理项目管理的特点,分析船舶修理项目管理的工作内容与数据来源,设计基于产品数据管理(PDM)的船舶修理管理信息数据库系统。利用PDM系统的数据模型和工作流管理平台,实现船舶PDM数据与修理项目管理数据之间的数据交换接口,为船舶修理项目管理提供详实的基础数据,以实现船舶修理过程中对故障信息、修理计划、修理任务、修理资源和产品状态的高效管理。