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2014年  第9卷  第3期

基于改进的接触爆炸毁伤模型的航空母舰不沉性评估
张凯, 胡玉龙, 熊治国, 王健, 赵永振, 朱旭
2014, 9(3): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.001
摘要:

针对传统航空母舰不沉性评估时采用指定破损舱组和校核规范无法对破损航空母舰生存能力给出定量评价的问题,首先建立基于单发和双发武器接触爆炸的毁伤模型来模拟舱段在武器毁伤中的破损,并在假定第1发毁伤参数固定的情况下,仿真计算破损航空母舰的浮态随第2发毁伤位置在全舰纵向和垂向变化的响应曲面,然后从满足校核规范和考虑海浪对破损航空母舰的不利影响两方面建立毁伤航空母舰的残存概率模型,可以对航空母舰在不同武器毁伤下的生存能力给出定量评价。该方法可以作为航空母舰方案设计阶段不沉性设计与评估的方法和手段。

减摇鳍与船体的适配性数值模拟
吉明, 叶青云, 袁聪
2014, 9(3): 8-19,42. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.002
摘要:
利用计算流体力学方法对减摇鳍与船体之间的适配性问题进行研究。利用零航速减摇鳍的参数以及某型驱逐舰的船型型值表,分别建立在敞水条件下的减摇鳍模型以及加上减摇鳍的船体模型。首先,仿真分析在中、高航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的静态水动力特性。其次,利用动网格技术分别分析在中、高航速和低航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的动态水动力特性。计算结果分析表明:静态仿真时,虽然受船体约束减摇鳍的失速角没有敞水条件下的减摇鳍大,但在同样的攻角下,其升力系数却有较大的提高; 在动态仿真中,无论是在中、高航速还是低航速下,受船体约束减摇鳍拍击产生的升力都要比敞水条件下的减摇鳍大,但同时产生的阻力以及所需的转鳍力矩也有较大的提高。
规则波六自由度回转运动预报
徐静, 顾解忡, 马宁
2014, 9(3): 20-27. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.003
摘要:

基于经典MMG分离式模型,考虑三自由度船舶平面运动与横摇、纵摇及垂荡运动的耦合,提出波浪中船舶六自由度操纵—耐波全运动模态的数学模型。采用经验公式估算船体力、桨力及舵力。在波浪力建模中,采用三维面元法计算不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力,并利用卡明斯脉冲响应,在计入时间效应的前提下,将频域的阻尼系数和绕射波力分别转化为时域内的辐射与绕射波力。应用该模型对S175集装箱船在规则波中的回转运动进行数值模拟,通过与自航模试验结果进行对比,验证了模型的准确性,模拟结果误差在10%以内。最后,应用该模型分别就回转轨迹和回转横摇运动讨论了操纵—耐波耦合作用的影响。结果表明:在低频波浪下,回转横摇对回转轨迹的影响效果为5%;在高频波浪下,回转轨迹对回转横摇运动的影响效果为20%。

基于CFD不同AUV艇体的阻力性能分析
魏子凡, 俞强, 杨松林
2014, 9(3): 28-37. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.004
摘要:
自主水下航行器(AUV)作为探索海洋、开发资源和军事作战等水下应用的重要手段,其速度和续航力是评价其性能优劣的重要方面。AUV在水下航行时的阻力主要取决于其几何形状和尺寸以及其表面的光滑程度,因此 ,研究AUV的几何形状和外观尺寸便显得尤为重要。对AUTOSUB,HUGIN,REMUS,BLUEFIN1和BLUEFIN2这5种艇型建立几何模型并进行阻力性能分析。通过采用计算流体动力学(CFD)方法进行数值模拟,并将所得结果与理论结果进行对比分析,以验证CFD模拟的可靠性及模拟的最优模式。通过对比不同直径、不同舵的展弦比、带舵和无舵、有整流罩以及相似径长比的不同艇型来比较AUV的阻力性能,最终得到艇型的阻力性能特点以及最佳艇型。研究表明:在5种艇型中,AUTOSUB型最优,其次是HUGIN型、REMUS型和BLUEFIN1型,最后是BLUEFIN2型,其中AUTOSUB型和HUGIN型适合中、高速航行,REMUS型和BLUEFIN型适合低速航行。
船舶阻力图谱计算与模型试验结果比较分析
刘桂杰, 郭春雨, 李茂华, 黄超
2014, 9(3): 38-42. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.005
摘要:
对现有船舶阻力快速预报方法进行比较分析,给出适用于不同吨位下肥大型船舶的阻力计算方法。结合国内近年来建造的几艘不同吨位的新型肥大型船舶模型试验资料,将图谱计算结果与模型试验数据进行对比、分析,研究其中的规律,结果表明,对于较大吨位的中、高速船舶阻力,兰坡凯勒法在适用范围和精度上要优于艾亚法, 而较小吨位的中、低速船舶则采用艾亚法要适合一些。
基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟
赵鹏伟, 卢晓平, 孙玉明
2014, 9(3): 43-48,56. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.006
摘要:
优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示:在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。
舰用钢质夹层结构连接节点研究现状综述
王虎, 何书韬, 周心桃, 凌昊
2014, 9(3): 49-56. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.007
摘要:

激光焊接钢质夹层结构的连接节点,是钢质夹层结构在舰船应用中的关键问题之一。梳理了钢质夹层结构之间、钢质夹层结构与传统船体结构之间的典型连接节点;阐述了钢质夹层结构连接节点的必要性和重要性,分析了连接节点设计需考虑的多种因素:连接强度、制造工艺和结构重量;汇总了平面对接的连接形式的现有研究成果,并总结了2种高效的有限元分析方法:平面应变模型的分析方法和壳―体连接结合子模型的分析方法。

长桥楼上层建筑结构设计分析
李源源, 孙巍
2014, 9(3): 57-61,68. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.008
摘要:

长桥楼上层建筑型式在现代舰船设计中越来越常见,其第1层上层建筑甚至第2层上层建筑均参与了船体总纵弯曲,由此带来结构设计难题。首先,针对水面舰船长桥楼上层建筑结构设计进行探讨,并采用钢和铝合金等不同材质进行相应结构设计。随后,计算长桥楼结构性能,并分析设置伸缩式弹性接头的可行性和必要性。最后,对比钢质长桥楼与铝合金长桥楼参与船体总纵弯曲的有效程度,并通过计算数据分析提出上层建筑结构设计建议。结果显示,所提建议能够满足上层建筑设计要求。

交变载荷下厚板对接焊残余应力的松弛行为
李陵, 罗白璐, 郑绍文
2014, 9(3): 62-68. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.009
摘要:

对于承受交变载荷的焊接构件,焊接残余应力的存在对于结构的疲劳寿命影响巨大。由于焊接残余应力形成机理的复杂性,当交变载荷作用时,焊接残余应力的松弛演变具有不确定性,导致该领域的研究难度相当大。迄今为止,鲜有文献就交变载荷下的厚板焊接残余应力松弛行为进行深入报道。采用低周疲劳试验,利用X射线残余应力测试仪,对试件表面焊接残余应力的松弛演变行为进行追踪研究,通过在试件表面近焊缝区布置网状测点,采集测点的横向及纵向焊接残余应力进行数据拟合,在试验对比修正的基础上,最终建立焊接残余应力的松弛演变模型。结果表明:在交变载荷作用下,焊接残余应力会发生松弛,并且,应力松弛量的大小与交变载荷的特征值大小紧密相关。

甲板开口围缘扁钢加强方式研究
李霞丽, 张世联, 李敏
2014, 9(3): 69-75. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.010
摘要:
针对开大长矩形口的甲板结构,在开口内缘加设围缘扁钢,可以降低角隅处的应力集中。采用参数化分析方法,基于结构有限元数值计算结果,研究不同甲板厚度、开口尺寸和角隅半径时,扁钢长、宽、厚尺寸参数对应力集中的影响,并分析其原因。研究结果表明,随着扁钢尺寸的增大,开口处应力集中系数为先减小后增大,合理地设计扁钢加强方式才能有效降低应力集中。通过参数化计算,提出开口处围缘扁钢加强方式优化设计思想,给出最佳扁钢宽度值、 厚度的设计公式及设计图谱,可以为甲板开口加强设计提供参考。
夹层板复杂弯曲极限强度性能研究
于耀, 王伟
2014, 9(3): 76-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.011
摘要:

夹层板结构被广泛用于舰船和海洋工程,其结构在复杂弯曲状态下的极限强度能够反映其在面内载荷与面外载荷共同作用下的承载极限,因此,复杂弯曲极限强度对于夹层板结构的安全性能评估越来越重要。通过夹层板结构在初始弯曲状态下的轴向压缩试验和数值模拟,分别得到其载荷位移曲线,并分析该夹层板的极限强度特性。结果表明:在轴向压缩载荷达到极限载荷前,夹层板的轴向位移增长缓慢,一旦超过极限强度,结构的承载能力迅速降低,并伴随着位移的缓慢增长直至夹层板开裂破坏;夹层板的主要破坏模式为蒙皮与芯材分层以及芯材压缩破坏;数值计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导夹层板结构设计。

考虑艇体变形影响的轴系合理校中
毛卫
2014, 9(3): 83-87,98. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.012
摘要:

为提高潜器推进轴系校中计算的准确度,使计算结果与实际情况更为接近,必须考虑艇体变形对轴承变位的影响,并将其作为轴系校中计算的初始边界条件。通过三维有限元计算,分析模型潜器的整艇湿表面结构在重力和水压作用下的变形情况,由此获得艇体艉部的结构变形数据。提出“共线程度”的概念和计算方法,将艇体结构变形数据转化为轴系各轴承相对变位数据,作为潜器推进轴系合理校中计算轴承的初始变位。利用轴系合理校中计算程序,在考虑艇体变形和轴承刚度的条件下,对模型潜器的轴系布置进行优化计算。结果表明:安装时,1#、2#、3#轴承位于理论中心线上,4#轴承变位为理论中心线向上0.4 mm能够获得合理的轴系校中状态。

船用三轴燃气轮机气路故障建模与聚类诊断技术
徐鹏, 曹云鹏, 欧惠宇, 李淑英
2014, 9(3): 88-92. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.013
摘要:

船用燃气轮机运行在高速、高湿和高盐的工作环境中时,其气路部件在运行过程中发生故障的可能性增大,开展典型气路故障诊断技术研究有助于提升船用燃气轮机运行的可靠性和安全性。通过分析船用燃气轮机积垢、压气机叶顶间隙增大、叶片磨损、机械损伤、涡轮热腐蚀和燃烧室故障等典型气路故障的机理,给出9种典型气路故障时性能参数相对变化的经验判据。采用小偏差建模方法,建立船用三轴燃气轮机气路故障仿真模型,基于经验判据对0.8工况下船用三轴燃气轮机典型气路故障进行模拟,仿真得到9种典型故障下测量参数的相对变化。提出基于聚类分析的船用燃气轮机气路故障诊断方法,并以9种典型气路故障仿真结果为例,验证了该诊断方法的可行性。

船舶机舱机械通风数值模拟分析和优化设计
郭昂, 郭卫杰, 王驰明, 封海宝
2014, 9(3): 93-98. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.014
摘要:

某海监船在进行机舱机械通风效用试验时,发现存在舱内气流分布不均、风速梯度变化较大、部分船员操作和活动区域温度偏高等问题。为解决上述问题,利用CFD技术对该船机舱机械通风系统进行数值分析,并提出机舱气流改进方案。随后,选取优化前、后的典型截面进行分析,指出在保证舱内适当负压的情况下可将机械送风改为机械抽风,从而实现机舱进风量增加50%,并消除舱内气流大漩涡和改善气流组织。此外,还提出可在右舷开一个新增风口,以更有效消除气流漩涡,并降低局部温度。结果显示,该优化方案能够满足海船规范要求且施工方便,对于工程设计具有一定的参考价值。

针翅套管内强迫流动阻力特性试验研究
王明新
2014, 9(3): 99-104. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.015
摘要:

以润滑油—水为工质,对针翅套管双侧强迫流动的阻力特性进行试验研究,分析针翅相对高度与针翅管节距等因素对流动阻力系数的影响。结果发现,针翅套管环隙内的流动阻力特性与普通圆管以及光滑管环隙大不相同。由于其环隙内布满针翅,对流体产生了极大的扰动,因此对流体流态的转变有重要影响,其中相对翅高的影响较大。在对试验数据进行分析整理的基础上,回归出摩擦阻力压降与质量流速和针翅管结构参数的试验关联式。

基于ADAMS和AMESim软件的舰艇某装置启闭建模及优化
赖浩凯, 楼京俊, 孙炯, 祝勇
2014, 9(3): 105-108,122. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.016
摘要:

采用液压系统驱动的舰艇某装置在完全开启时, 其盖板会与止挡板发生碰撞,并产生较大噪声。针对此问题,采用ADAMS和AMESim软件建立了该装置的参数化启闭模型,计算了其盖板在开启时与止挡板发生碰撞所受到的冲击加速度和冲击力,并与试验结果进行对比,验证了模型的准确性。在此基础上,以实现开启时该舰艇装置所受到的冲击加速度和冲击力最小化为目标,对其液压系统进行了优化设计。结果表明:该方法可明显降低该装置在开启时所受到的冲击加速度和冲击力。

舰船壳体模块感应磁场的等效计算
张安明, 陈文涛, 虞伟乔, 郭成豹
2014, 9(3): 109-112,122. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.017
摘要:

典型的舰船壳体是主要由薄钢板和肋骨构成的复杂结构,采用磁矩量法计算其感应磁场时,会碰到数据准备复杂,剖分单元数目过多的问题。按照横截面积与磁化率乘积相等的原则,将舰船壳体模块等效简化为一个各向异性的简单薄钢板结构。针对一个有代表性的数值算例,采用磁矩量法分别计算简化前、后舰船壳体模块的感应磁场,并对比计算结果。研究发现,等效前后的计算误差不超过1.5%,证明所提出的磁性等效方法不仅能简化数据准备工作,而且还可以减少单元数目,对于磁矩量法计算非常有利,能够作为计算舰船壳体感应磁场的一条可行途径。

封闭式桅杆内的电磁干扰试验研究
李艳龙, 严海妍, 王驹
2014, 9(3): 113-117. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.018
摘要:

针对所设计的一种封闭式射频集成桅杆,首先测试桅杆内部两个天线一发一收状态下接收天线射频端口的信号电平,从而判断是否会受到发射天线的电磁干扰。与传统的单纯观察设备的后端显示部分来进行干扰判断不同,射频信号测试与电子设备的后端信号处理能力无关,通过定量评估耦合能量的大小,进而可以总结通用的封闭桅杆的电磁干扰规律。试验结果表明,在封闭桅杆内同层、同面且上下布置的两副板阵天线间存在谐波干扰现象。然后,通过对天线特性、复合带通滤波层板特性、测试数据和桅杆内的电磁干扰路径进行大量、详细的理论分析来判断干扰来源。最终发现,电磁干扰很大程度上是由封闭桅杆内部发射天线的谐波通过天线边缘单元的直接辐射及内壁反射从而耦合到接收天线所造成,这是由于桅杆的封闭特性导致天线发射的带外能量无法射出,从而造成内部设备之间的电磁干扰。最后,针对此现象提出电磁干扰的一些控制措施,例如天线间敷设吸波材料、天线分层布置等。

针对舰船直流综合电力系统中低阻抗故障和电力电子设备的保护方案
王庆红, 陈松林
2014, 9(3): 118-122. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.019
摘要:

舰船直流综合电力系统采用了大量的电力电子器件,其保护需求不同于传统的交流电力系统。从系统的角度分析直流综合电力系统短路故障,以及电力电子器件设备的内部故障特点,重点、深入地探讨直流综合电力系统保护需求,得出系统的保护功能与模块内部参数设置密切相关的观点,以及限流、速动等11项保护要求,形成针对系统短路和电力电子设备的保护方案。根据国内外直流断路器、直流限流器等主要直流保护器件的技术现状,进一步提出电力系统保护器件的技术发展需求。

基于PSO算法的船用永磁电机齿槽转矩优化
连军强, 孙宏坤
2014, 9(3): 123-130. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.03.020
摘要:

高效率、高转矩密度特性使得永磁电机已被广泛应用于舰船推进领域,然而永磁电机的齿槽转矩却降低了电机的性能。永磁电机齿槽转矩受多个电机参数的影响,这些参数与电机齿槽转矩之间存在非线性关系,通过参数优化来削弱齿槽转矩成为永磁电机齿槽转矩研究的重点。提出一种基于粒子群算法的永磁电机齿槽转矩优化方法,该方法选择对齿槽转矩影响较大的极弧系数、永磁体厚度和定子槽宽度3个参数为优化变量,以齿槽转矩峰值最小为优化目标,在对永磁电机齿槽转矩解析模型进行变形和简化的基础上,使用粒子群算法对解析模型进行参数优化,得到最优参数组合,并用有限元方法进行验证。结果表明,经该优化方法优化后,电机的齿槽转矩大幅降低。