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2014年  第9卷  第2期

基于状态变迁图的舰载机出动能力分析
谢君, 傅冰, 鲍敬源
2014, 9(2): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.001
摘要:
为了研究“尼米兹”级航空母舰的舰载机出动能力目标与航空保障能力需求之间的复杂关系,首先根据舰载机的航空保障作业流程抽象出6个状态,并采用状态变迁图描述其任务剖面;其次,由舰载机出动指标推演出航空兵力的任务剖面,根据任务剖面绘制相应的状态变迁图;最后,基于状态变迁图分析甲板作业、调运作业等航空保障能力需求。实例表明,状态变迁图是一种系统分析的有效工具。
波浪动力艇模型自航试验及数值仿真
李聪, 王冬姣, 叶家玮, 李德玉, 梁富琳
2014, 9(2): 6-11. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.002
摘要:
为解决受控主动摆翼驱动装置复杂、机械效率较低的问题,研究依靠升沉运动产生的力矩来驱动俯仰运动的被动摆翼装置,并将其应用于波浪动力艇。在波浪作用下,将被动摆翼安装于艇体底部的一定位置处,产生的推力即可推艇前进。在模型试验中,通过改变波浪周期、波高和控制机构的设置,比较试验艇的自由航行速度。结果表明,试验艇的航速与波高呈正相关关系,且当波长与船长之比约为1.8时推进效果最佳。通过数值仿真,显示两种控制机构配置时的水翼工作过程,并估算在一定波浪参数下波浪动力艇可达到的航速,所估算的航速与试验结果吻合较好。
四元数在水下航行体运动建模中的应用
徐正武, 唐国元, 邓智勇, 黄道敏, 黄永忠
2014, 9(2): 12-16,29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.003
摘要:
针对一类以控制力矩陀螺(CMG)为姿态控制执行机构的水下航行体,考虑到其大角度机动时姿态描述矩阵可能会出现奇异的问题,建立了与其相适应的运动模型。首先,通过引入四元数来建立运动学方程,并给出四元数与欧拉角之间的关系。随后,在建立动力学方程时,将水下航行体视为由水下航行体和CMG组成的多刚体系统,并使用四元数来代替动力学方程中的欧拉角项。最后,使用龙格库塔法对所建立的模型进行仿真。仿真结果表明,所建立的模型能有效避免使用欧拉角方法建立模型时所产生的奇异问题。
基于螺旋桨负荷特性的双桨船操纵性预报
胡晓芳, 陈松林
2014, 9(2): 17-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.004
摘要:

通过对双桨船内、外两桨负荷变化情况及其对舰船回转性和回转速降计算结果影响的分析,提出了采用等功率法分别计算双桨船内、外两桨的转速、进速系数等,进而确定两桨的推力和转艏力矩,从而进行双桨船回转性和回转时速降预报。以某双桨船为例,分别用等转速法、等推力法和等功率法进行回转轨迹、回转时螺旋桨推力、速降和转艏力矩的计算。计算结果表明:采用等功率法与采用等转速法所得到的回转轨迹基本相同,较之等推力法所得到的回转直径的计算结果更接近实船实际情况;采用等功率法所得到的速降介于等转速法和等推力法之间,最为接近实船的实际情况。

I型金属夹层结构连接构件强度特性研究及灵敏度分析
丁德勇, 王虎, 凌昊, 何书韬
2014, 9(2): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.005
摘要:

在国外,激光焊接钢质夹层结构已用于实船,其连接构件的强度特性是尚待解决的关键问题之一。应用有限元分析软件ANSYS,研究2种典型连接构件的面外强度特性及灵敏度。计算中,为降低计算规模,采用MPC壳体连接和子模型分析技术;进行灵敏度分析时,为减少大量方案计算所需的繁琐人工操作,应用Matlab驱动ANSYS,以批处理方式的有限元分析计算各方案的响应值。计算结果显示,在普通焊接接头处存在一定的应力集中。在控制结构重量的条件下,若要降低接头的应力集中系数,对于内嵌方框型连接构件而言,增大连接构件长度和夹层端部面板长度最为有效,增大水平板厚度也有一定的作用;对于外接平板型连接构件而言,最有效的途径是增大连接构件的厚度,并选取合适的连接构件长度。

具有特殊肋骨型式的耐压壳体强度与极限承载能力分析
刘培婧, 刘均, 陈杰, 程远胜
2014, 9(2): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.006
摘要:
基于ANSYS有限元分析软件对具有装配型和宽扁型2种特殊肋骨型式的耐压壳体进行强度与极限承载能力分析。针对装配型肋骨的耐压壳体,对比其与传统加筋圆柱壳的强度特性,分析其在不同载荷下的应力分布,以及肋骨与壳体之间的装配间隙对极限承载能力的影响;针对宽扁型肋骨的耐压壳体,分别采用体单元和壳、梁单元进行有限元模拟,分析2种建模方式下结构强度及极限承载能力计算结果的差异性。计算结果表明:具有装配型肋骨的耐压壳体,外载荷与结构应力之间存在非线性关系,装配间隙越小,极限承载能力越强;具有宽扁型肋骨的耐压壳体,2种建模方式对其强度结果有一定的影响,而对极限承载能力的结果影响不大。
基于舱段模型的大开口甲板结构稳定性分析与设计
周于程, 郑绍文, 刘均, 郑杰, 程远胜
2014, 9(2): 37-41,54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.007
摘要:
针对某大开口舱段结构,采用有限元方法(FEM)对比分析3种计算模型位移载荷作用下第1层甲板纵骨轴向应力的分布。计算结果表明,该应力分布存在较大程度的不均匀性,采用双层板架模型或立体舱段模型能获得较准确的纵骨轴向应力分布。同时,分析2种基于稳定性要求的大开口甲板纵骨设计理念的优劣。为合理利用结构材料,均衡各区域纵骨的稳定性储备,建议在设计甲板纵骨时要考虑大开口甲板纵骨轴向应力分布的不均匀性。
基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析
田正东, 苏楠, 姚熊亮
2014, 9(2): 42-47. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.008
摘要:

基于径向形函数可任意变阶的映射声无限元法,对加筋双层圆柱壳的振动声辐射特性进行分析。取无限长圆柱壳体为研究对象,基于映射声无限元法,通过数值计算法对其辐射声场进行研究分析;并将其数值结果与解析解进行对比分析,结果显示二者吻合较好,验证了本文方法的可行性,同时发现此方法具有计算精度好、效率高等优点。在此研究基础上,基于映射变阶声无限元法,对加筋双层圆柱壳的内壳振动特性和远场声辐射特性进行分析,分别讨论内外壳厚度、型材尺寸和托板厚度对加筋双层圆柱壳内壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响,其分析结果表明,内壳厚度结构参数对其内表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响最明显。

基于模态滤波的板壳类结构空间均方振速估算方法
刘监波, 吴崇健, 陈乐佳, 陈志刚
2014, 9(2): 48-54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.009
摘要:

针对船舶、航空航天等工程领域中板、壳类结构振动噪声评价问题,将广泛应用于控制工程中的模态滤波理论引入到结构振动评估领域,建立了一种估算结构空间均方振速的新方法。该方法的特点是能在激励源信息未知的情况下,以布置在结构表面有限个振动传感器测量得到的振动响应作为主要输入,估算板、壳类结构的空间均方振速,从而评价结构的整体振动状态。依据该方法对一矩形平板结构受点力、线力和面力等3种典型的激励源作用下,通过少量结构振动测点的振动信息,分别对其空间均方振速进行了数值验证;同时利用一水下加肋圆柱壳结构进行了试验验证。数值和模型试验验证结果表明:利用该方法评估得到的振动速度谱线特征与精确解和实测值基本一致,评估误差在2 dB以内,满足工程应用精度要求。该方法可以应用于工程中板、壳类结构振动噪声评价和振动状态的在线监测评估。

船舶艉轴架系统建模及振动特性分析
罗晨, 邹春平, 李增光, 朱红
2014, 9(2): 55-61. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.010
摘要:

研究艉轴架系统的动力学特性对艉轴架设计、船舶设计及船舶尾部的振动控制具有重要意义。数值仿真是研究的重要手段之一,而合理有效的模型则是正确分析的基础。为此,在传统艉轴架系统梁模型的基础上,分别采用弹性连接梁模型、体—梁混合模型以及船体—艉轴架系统耦合模型对艉轴架的横向振动特性进行分析,并以试验测试数据为基础,对上述模型计算所得结果进行评价。结果表明:边界条件和构件连接方式对艉轴架的振动固有频率影响较大;在模型适用性上,弹性连接梁模型在工程计算中较以往的梁模型更合适,船体—艉轴架系统耦合模型适用于要求精度更高的研究。

水润滑橡胶艉轴承橡胶轴瓦硬度分区取值后的接触性能研究
周明帅, 李天匀, 朱翔, 朱显明
2014, 9(2): 62-67. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.011
摘要:
出于制造工艺的考虑,传统水润滑橡胶艉轴承轴瓦各处硬度相同。然而,在螺旋桨悬臂作用的影响下,传统设计中轴瓦各处压力分布非常不均匀,如轴瓦艉部压力远大于其他各处压力,从而影响到艉轴承的各项性能。由此,对传统水润滑橡胶艉轴承橡胶硬度取值进行改进,将其橡胶轴瓦沿轴向分为多个橡胶硬度不同的区域。通过试算和分析,合理设置各区域的长度和橡胶硬度。随后,利用有限元软件建立轴系—艉轴承系统有限元模型,其中使用Mooney-Rivlin本构方程模拟橡胶材料,并利用接触单元建立轴与艉轴承之间的接触关系。计算对比了改进前后某水润滑橡胶艉轴承底部轴瓦与轴接触的压力分布等力学指标。相对于传统橡胶艉轴承而言,改进方案的最大接触压应力减小了25.6%,接触区域沿周向增加了5.8°。结果表明,该艉轴承橡胶轴瓦硬度改进方案能够有效改善艉轴承的接触性能。
无噪声螺旋面桨及其动力系统的理论分析
王树春, 王添路
2014, 9(2): 68-73. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.012
摘要:
用燃气轮机、新型脉动无级变速器与外径、长度均大的螺旋面桨组成动力系统后,由于桨的单位负载大大下降,因此当桨的转速降到某临界值以下(即无噪声)时,可提高隐身性能。桨的转速与其所耗功率呈线性关系,为平衡大转矩,采用一对机组对称布置,并使两桨的旋向及转向相反。结果表明:用变速杆与换向手柄配合可使船的加速、刹车、倒行及零半径转弯均快,能提高船的驾驶和行驶性能,并能自己进出泊位;可恒动率无级变速,使桨—机配合达到理想状态,发动机无剩余功率;航程及平均航速均能达到最大;油耗达到最低,有利于环保。
钝体形状对无限宽平板内流换热的影响
徐鹏, 蔡林
2014, 9(2): 74-77,83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.013
摘要:

利用计算流体力学(CFD)方法研究二维无限宽平板层流流动时钝体形状对平板强化换热的影响。建立并求解描述流场对流换热的二维Navier-Stokes方程组及能量方程,时间项采用二阶隐式离散格式。计算圆柱形、方柱形、三角形和折角形这4种典型结构对平板对流换热强化性能的影响规律。结果表明: 采用三角形钝体结构时,平板的平均努塞尔数最大,流道内阻力系数也最大; 流体绕过钝体后产生的大尺度涡脱落以及平板表面产生的二次涡是影响钝体强化平板对流换热的重要因素。

复杂船舶围壁传热系数取值探讨
李伟光, 李安邦, 徐新华, 张扬, 谢军龙
2014, 9(2): 78-83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.014
摘要:

采用数值模拟软件对几种复杂船舶围壁进行稳态传热计算,并将计算所得围壁传热系数与相关标准提供的计算值进行对比。结果表明,采用数值方法计算得到的复杂船舶围壁传热系数与相关标准提供的参考值相比差异很大。计算结果也表明:空气层厚度对船舶甲板围壁的传热系数影响较大,而对垂直围壁的传热系数影响较小;隔热材料的导热系数对垂直围壁的传热系数影响较大,而对甲板围壁传热系数的影响较小。相关标准直接笼统地给出了各种类型船舶围壁的传热系数,而对围壁空气层厚度及隔热材料导热系数等未作详细说明,在对围壁传热量进行计算时采用标准推荐的传热系数会出现较大偏差,建议针对具体的船舶围壁,通过数值模拟或实验来获取围壁传热系数。

机舱进风围阱阻力特性数值分析及结构优化
牛明田, 刘建军, 蔡林
2014, 9(2): 84-88. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.015
摘要:

机舱进风围阱的阻力直接影响电动通风机的工作性能,对机舱通风效果有重要影响。建立进风围阱流场离散模型,利用计算流体力学(CFD)软件FLUENT求解描述进风围阱气流场的Navier-Stokes方程组,并对机舱新风进风围阱的实际结构及其优化结构进行了阻力特性计算。结果表明:在对船体结构进行各种合理优化后,其通风阻力特性都得到了不同程度的改善。通过综合评估,最终选择了性价比最高的优化方案,优化后进风围阱的阻力降低了32.73%。

船舶中压电网高阻接地方式机理研究
张彦魁, 毕大强, 刘同和
2014, 9(2): 89-94,116. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.016
摘要:

高阻接地方式用于船舶中压电网时,对其机理和规律迄今还缺乏定量研究。在对船舶中压电网单相接地故障进行理论分析的基础上,以一个具有励磁电压控制及柴油机调速的单机系统为例,结合Simulink暂态仿真,研究阻抗比、发电机频率偏移、燃弧时刻角以及故障点过渡电阻等对熄弧恢复电压、重燃过电压、中性点位移电压以及故障电流的影响。结果表明:随阻抗比增加,熄弧电压恢复过渡时间越长,恢复电压峰值越大,重燃过电压也越严重;提高阻抗比可减小故障电流,但减小程度逐渐趋缓,还会使重燃过电压增加;发电机频率偏移可能会引起较大的暂态过电压;燃弧时刻对故障电流几乎没有影响。最后给出高阻接地方式的一般配置原则。

舰船尾迹图像的对比度特征提取方法
迟卫, 高占胜, 陈明荣, 谢田华
2014, 9(2): 95-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.017
摘要:

根据舰船尾迹图像尾迹区与海水背景区存在明显对照的特性,提出用对比度参数作为尾迹图像质量评价指标,进而表征舰船尾迹光学信号特征强度。为有效评价尾迹图像质量,在改进对比度基本计算模型的基础上,充分考虑人的视觉特性,引入尾迹区与海水背景区的加权因子进行组合评价,将主观与客观评价方法有机结合起来,并通过专门研制的海上特征提取实验装置进行对比度特征提取实验分析。结果表明,对比度参数能较好地反映人眼对尾迹图像实际质量的主观视觉感受,更能体现尾迹图像处理应用的本质,且能定量可靠地描述舰船尾迹光学信号特征强度的变化规律。

恒增益旁瓣对消技术
廖锟, 刘颜回, 王育强
2014, 9(2): 101-105. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.018
摘要:
在旁瓣对消系统中,当辅助天线数目大于干扰源数目时,期望信号也被当成一个干扰源而被系统对消掉。一般采用在辅助通道添加阻塞矩阵的方法来解决此问题。然而当期望信号方向与干扰信号方向接近时,采用阻塞矩阵方法会导致合成方向图有较大旁瓣抬升。提出一种新方法,对辅助天线的输出进行线性约束,使辅助天线在期望信号方向形成零陷,从而有效消除辅助通道的期望信号成分,并且具有较好的旁瓣保形能力。通过仿真可以看出,该方法能在保持期望信号方向最大增益的同时,在干扰方向形成非常理想的零陷。
一种高压绝缘型远距离测温系统
邢旺, 唐文俊, 李维波
2014, 9(2): 106-110. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.019
摘要:
鉴于晶闸管充当脉冲功率开关时极易造成热量累积和温度陡升,因而快速、可靠和准确地获取脉冲功率开关组件的温度并实现过温报警,对于开关组件的安全运行至关重要。介绍集成温度传感器AD590的工作原理,采用绝缘型结构,将ARM微处理器作为嵌入式网络系统的核心,通过硬件与软件两方面的设计,利用AD590实现了对脉冲功率开关阀体温度的远距离在线监测与实时数据上传,可确保脉冲功率开关健康运行。
大型船舶燃油输送监控系统设计
张建平, 庹艾莉, 辛宇
2014, 9(2): 111-116. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.020
摘要:

着重介绍了大型船舶燃油输送监控系统设计特点,以及分区设计的思想。遵循设备和系统技术的可靠、适用和先进原则,讨论现场总线网络、传感器等的选型及设计。利用可视化编程工具,编制便于操作人员迅速掌握操作要领的人机操作界面。为满足系统的采集、监测、控制与报警等功能,对其网络组成、体系架构、传感器选配、数据采集处理系统和软件构架等进行研究和设计,利用联调试验验证以及适应性改进,确保最终产品的成功。介绍研制过程中出现的问题及解决方法。现场设备采用分区布置设计,并选用现场总线Profinet网络,应用人机界面LabVIEW编程软件。上位网借用平台主干网搭建。由于利用了平台资源及其坚固性和可靠性,不仅能提高本系统数据传输的可靠性和通信能力,还可减少投资,避免因单独组网而造成的技术风险和成本增加。