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2015年  第10卷  第4期

《中国舰船研究》2015年第3期目录
《中国舰船研究》编辑部
2015, 10(4): .
摘要:
[1]水面舰船雷达波隐身技术与总体设计…朱炜,陈炜,冯洋(1)[2]微颗粒影响螺旋桨噪声及空蚀损伤试验研究…邢维升,解学参,姜治芳,陈大融(7)[3]桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证…陈杨科,何苗,姜治芳,解学参,杨向晖(13)[4]基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化…邓贤辉,方昭昭,赵丙乾(19)[5]航态对大型船舶甲板气流场的影响…温岩殊,董文才(26)[6]不规则波中船舶参数横摇的概率分析…张晓,杨和振(32)[7]北极航道航行船舶操纵性设计需求分析…胡晓芳,蔡敬标(37)[8]静压作用下夹芯复合材料圆柱壳失效模式的有限元分析…李卓禹,朱锡,李华东(45)[9]加肋锥—环—柱结合壳初始几何缺陷形态分析…黄加强(51)[10]气垫船碰撞冲击动力学响应三维数值模拟…葛亮,田正东,袁利毫(57)[11]超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗高速钝头弹侵彻的理论模型…陈长海,徐文献,朱锡,侯海量(63)[12]基于l1范数最小化的水下圆柱壳振动声辐射预报…叶珍霞,杜堃,邱昌林,陈乐佳,谢坤(70)[13]双层壳体船舶动力舱结构声学设计优化…夏齐强,楼伟锋(77)[14]国外陆上模式堆建设情况及其对舰艇核动力装备发展的贡献分析…刘相春(84)[15]蒸汽动力船舶疏水阀性能试验及选型…于昊,刘东民,蔡林,刘元春(92)[16]船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性数值模拟…郝金玉,张晓滨,杨元龙(98)[17]大型舰船集成式冷媒水系统优化设计及试验…冷骏,张威,马军(102)[18]复杂船舶围壁的传热多项式传递函数辨识…李伟光,杨海燕,李丽,李安邦,徐新华(108)[19]舰船用非金属材料污染散发特性及检测评价研究进展…徐德辉,余涛,陈亮,周爱民,沈旭东(113)[20]基于0-1整数规划的舰船内集装物资存放方法…于辉,王治国,李晶晶,叶又东,韩海荣(121)
《中国舰船研究》2015年第4期目录
《中国舰船研究》编辑部
2015, 10(4): .
摘要:
[1]船舶运动安稳期预报技术综述…段文洋, 张亚晖, 王战, 马山(1)[2]美国舰船概念方案设计方法发展综述…熊治国, 胡玉龙(7)[3]基于PDM的舰船计算书自动生成技术…朱佳文, 肖鹏安(16)[4]基于频率采样方法的FIR甲板运动补偿器设计…王治国, 汪瞳(22)[5]水下航行器水动力噪声分离预报…王康, 刘国庆, 王强, 张咏鸥, 李旭(29)[6]无限区域二维势流直接边界元法精度分析…韩玉超, 卢晓平, 王中(39)[7]基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化…刘成岗, 毛筱菲, 吴铭浩, 陈煜(46)[8]转舵速度对舰船回转性能的影响…陈放, 胡晓芳, 金迎村(55)[9]几何参数对环肋圆柱壳肋骨侧向稳定性的影响…吴梵, 王金, 刘勇, 滑林(59)[10]锥环柱结构总体匹配强度性能研究…肖文勇, 黄旎(65)[11]考虑艉轴架结构刚度耦合的艉轴架强度计算…唐宇航, 陈志坚, 段振斌(71)[12]船舶碰撞仿真失效准则比较…刘敬喜, 崔濛, 龚榆峰(79)[13]内转塔单点系泊刚度对不同参数的敏感性分析…刘树晓, 唐友刚, 李焱, 刘成义(86)[14]部分浸没悬臂平板的声振特性…金晖, 朱翔, 李天匀, 高双(94)[15]基于变权TOPSIS法的舰艇对空防御威胁评估模型…闵绍荣, 陈卫伟, 朱忍胜, 谢红胜(100)[16]基于功能软件包的作战系统集成优化设计…马永龙(106)[17]UUV航迹跟踪的双闭环Terminal滑模控制…严浙平, 段海璞(112)[18]水面舰艇集体防护系统PID控制分析…林芃, 王吉, 包剑, 李锦(118)[19]舰船密闭区域气密特性研究…李光(125)[20]船舶典型充汽管路水动力特性数值预测…杨元龙, 李坚波, 孙宝芝, 杨龙滨, 王兴刚(132)[21]管路阻力计算方法对调节阀性能预测结果的影响…陈砚, 蔡林(137)
船舶运动安稳期预报技术综述
段文洋, 张亚晖, 王战, 马山
2015, 10(4): 1-6,15. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.001
摘要:
船舶运动安稳期的准确预报对提高舰载直升机着舰、无人水下航行器的布放与回收等海上作业的作业效率具有重要影响。首先,通过模拟计算说明进行船舶运动安稳期预报的可行性;其次,对国内外船舶运动安稳期预报技术的研究现状进行回顾与总结,进而阐述船舶运动安稳期预报技术的原理;再次,对船舶运动安稳期预报技术的3个主要环节:波浪测量及波浪场重构技术、波浪传播预报技术以及船舶运动预报技术进行分析。最后,对未来船舶运动安稳期预报技术的发展予以了展望。
美国舰船概念方案设计方法发展综述
熊治国, 胡玉龙
2015, 10(4): 7-15. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.002
摘要:

舰船的主要总体特性和功能特征是在概念方案设计阶段确定,该阶段对舰船方案的综合效能、研制风险和研制费用具有重要影响。通过分析美国舰船概念方案设计体系和方法发展特点,将其分为舰船综合模型开发、总体方案综合效能评估和总体方案综合优化3个阶段。针对舰船综合模型,归纳整理基本原理和发展历程,分析其不足;阐述基于效能、费用和风险的舰船总体方案综合效能评价体系及方法;对基于综合效能优化的舰船概念方案设计原理及应用进行系统的梳理。美国舰船概念方案设计方法的发展特点与经验对我国舰船概念方案设计体系的研究和发展具有借鉴意义。

基于PDM的舰船计算书自动生成技术
朱佳文, 肖鹏安
2015, 10(4): 16-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.003
摘要:

舰船的研制是一项涉及专业面广、流程复杂的系统工程,传统的舰船计算书编制流程繁琐,存在质量隐患。针对计算书编制流程复杂的问题,提出一种新的基于PDM的计算书自动生成系统。该系统利用Office软件的数据交互技术等信息化手段,将舰船设计标准和规范以程序的方式嵌入到计算书模板文件中,同时利用Office在线编辑技术,在PDM中建立基于模板的计算书开放式管理框架,实现计算书文件数据与PDM系统数据的实时交互。该系统的上线运行提升了专业人员设计过程中的计算准确度和计算效率,在舰船总体设计过程中为设备配置、初步方案的形成奠定了良好的基础,同时也加强了舰船设计过程中的质量管控,沉淀了设计知识。

基于频率采样方法的FIR甲板运动补偿器设计
王治国, 汪瞳
2015, 10(4): 22-28. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.004
摘要:

航空母舰甲板垂向运动是舰载机高海况着舰误差的主要因素,为提高舰载机在高海况下的自动着舰精度,自动着舰系统采用甲板运动补偿器根据甲板垂向运动生成补偿指令,以驱动舰载机精确跟踪甲板运动,从而减少着舰误差。常规甲板运动补偿器在补偿频率范围内虽然可以实现预期补偿效果,但在补偿频率范围外存在高增益区域,对甲板运动中的高频分量起放大作用,并且将其混入生成的补偿指令中,会对舰载机飞行安全产生影响。为在有效补偿的同时减少对甲板运动高频分量的放大作用,通过对舰载机自动着舰系统的频率响应按频率进行采样,设计出离散甲板运动补偿器频率响应,采用频率采样法设计数字式有限冲击响应(FIR)甲板运动补偿器。仿真结果表明:所设计的基于频率采样方法的FIR甲板运动补偿器在有效补偿由甲板运动引起的舰载机着舰误差的同时,可有效降低甲板运动高频分量的影响,提高着舰精度。

水下航行器水动力噪声分离预报
王康, 刘国庆, 王强, 张咏鸥, 李旭
2015, 10(4): 29-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.005
摘要:

近年来,水下航行器的声隐蔽性受到广泛关注,而有关其水动力噪声的研究却较少。将水动力噪声分为壳体流噪声、壳体流激振动噪声、螺旋桨流噪声和螺旋桨流激振动噪声4类,采用大涡模拟(LES)结合Lighthill声类比混合计算方法,对水下航行器的水动力噪声进行分离预报。首先, 采用已有文献数据验证该混合声学计算方法的有效性。随后,对水下航行器壳体和螺旋桨三维流场的流噪声和流激振动噪声进行数值模拟和分析。结果表明,4类噪声均与速度呈非线性关系。在上游段,螺旋桨流激振动噪声为主要噪声;在下游段,壳体流噪声所占比例最大。在低速时,由壳体激发的水动力噪声是主要噪声;随着航速的增大,由螺旋桨激发的水动力噪声占总噪声的比例逐渐增加;总体水动力噪声能量随航速的增大而增大。

无限区域二维势流直接边界元法精度分析
韩玉超, 卢晓平, 王中
2015, 10(4): 39-45,54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.006
摘要:
边界元法作为一种重要的数值方法已在许多领域得到广泛应用,但在船舶水动力势流理论数值计算方面,有关直接边界元法的研究并不充分,尤其是在船舶兴波阻力势流理论求解方面,以往的“面元法”通常是基于Hess-Smith法的间接法,这类方法在理论和数值计算上都存在着缺陷。针对船舶水动力势流理论计算,采用直接边界元法,对二维势流无界绕流算例进行系统的数值计算,并根据二维势流问题的计算结果详细探讨边界单元离散形式和单元上的数值积分方法对计算精度的影响,各项数值计算均以Matlab软件编程实现。结果表明,采用常数单元和龙贝格积分法能够得到较准确的结果,且计算速度较快。
基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化
刘成岗, 毛筱菲, 吴铭浩, 陈煜
2015, 10(4): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.007
摘要:

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。

转舵速度对舰船回转性能的影响
陈放, 胡晓芳, 金迎村
2015, 10(4): 55-58. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.008
摘要:

在忽略操舵引起速降的假设前提下,利用操舵响应方程对不同转舵速度下船舶的回转性能进行理论分析,获得定常回转直径、纵距、横距、战术直径等参数与转舵时间之间的近似关系。进而利用计及速降的非线性操纵性运动方程进行同一舰船不同转舵速度下的回转运动仿真,以及操纵性能和航速相同而船长不同的各船在不同转舵速度下的回转运动仿真。仿真结果与理论分析结果一致,均表明定常回转直径不受转舵速度的影响,纵距、横距、战术直径均随着转舵速度的提高而减小,且转舵速度对船长较短的舰船影响较大。

几何参数对环肋圆柱壳肋骨侧向稳定性的影响
吴梵, 王金, 刘勇, 滑林
2015, 10(4): 59-64,93. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.009
摘要:
环肋圆柱壳一般通过在周向布置肋骨来提高其稳定性,肋骨的侧向稳定性对环肋圆柱壳整体稳定性具有重要意义。根据肋骨的侧向失稳机理,利用肋骨侧向稳定性解析解公式,在理论分析和实例计算的基础上,分析了环肋圆柱壳肋骨的几何参数与肋骨侧向失稳临界压力的关系,研究了各参数对肋骨侧向失稳临界压力的贡献值,最后得到了几何参数对肋骨侧向稳定性的影响规律。
锥环柱结构总体匹配强度性能研究
肖文勇, 黄旎
2015, 10(4): 65-70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.010
摘要:

锥环柱结构是柱壳与锥壳连接的一种新型结构形式,实现了柱壳和锥壳的光顺连接,具有应力分布均匀、结构重量小、最大应力部位避开了焊缝部位等优点。然而,当其他结构与其匹配时,其强度性能会受到影响。采用ANSYS有限元仿真软件,对大型环向结构、大型开孔加强结构、大型纵向结构与锥环柱结构的匹配关系进行计算和分析比较,得到了与不同结构匹配时的锥环柱结构强度性能变化曲线,给出了大型环向结构应距环壳1档肋位以上、大型开孔加强结构应距环壳2档肋位以上、大型纵向结构可直接与环壳连接的结论。

考虑艉轴架结构刚度耦合的艉轴架强度计算
唐宇航, 陈志坚, 段振斌
2015, 10(4): 71-78. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.011
摘要:
通过分析现行规范关于艉轴架强度的计算理论,发现该理论未考虑艉轴架结构刚度耦合作用。因此,针对艉轴架结构的受力特性,建立考虑艉轴架刚度耦合的艉轴架反力计算模型,推导出考虑艉轴架刚度耦合作用的内力计算公式,定义描述结构刚度耦合作用的“广义刚度比”参数,并将该公式与现行计算公式进行无量纲化对比。以某船艉轴架结构为例,对其分别采用有限元模型仿真、本文计算理论和现行不考虑艉轴架刚度耦合的计算理论等3种方法进行定量计算,并提出艉轴架扭转刚度的计算方法。结果表明:基于本文考虑耦合的内力计算理论的计算结果与有限元仿真结果符合良好,不考虑耦合的现行计算理论的计算结果与有限元仿真计算结果相差较大;现行不考虑耦合的内力计算理论使艉轴架截面内应力计算结果偏大,且随着“广义刚度比”的增大而严重,从而可能导致“艉轴架结构强度的过度设计”。
船舶碰撞仿真失效准则比较
刘敬喜, 崔濛, 龚榆峰
2015, 10(4): 79-85. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.012
摘要:
失效准则作为判定结构失效的依据,对船舶碰撞仿真分析的准确性有着重要影响。基于3种典型舷侧结构缩尺模型的准静态耐撞性试验,采用等效塑性应变准则、主应变—厚度应变准则以及RTCL(Rice-Tracey & Cockcroft-Latham)准则对模型试验进行数值模拟,比较各准则对裂纹产生的模拟效果,讨论3种准则计算的极限撞深和吸能值与试验的误差。研究结果表明,3种准则均能取得满足工程需要的仿真精度,但相对于等效塑性应变准则和主应变—厚度应变准则, 引入应力三轴度的RTCL准则能更准确地模拟不同结构的裂纹产生过程。
内转塔单点系泊刚度对不同参数的敏感性分析
刘树晓, 唐友刚, 李焱, 刘成义
2015, 10(4): 86-93. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.013
摘要:

内转塔式单点系泊系统在海洋石油装备中得到广泛应用。为研究该类型单点系泊系统的刚度特性,以我国南海一艘内转塔式单点系泊浮式生产储油设备(FPSO)的系泊系统为研究对象,采用浮体系泊分析软件Ariane分别建立单根系缆和系泊系统的静力分析模型,基于线弹性悬链线理论计算单根系缆和系泊系统的刚度,并重点针对吃水、系缆轴向拉伸刚度、系缆配重、系缆长度等参数进行系泊刚度敏感性分析,研究不同参数变化对系泊刚度的影响。结果表明:系泊刚度对系缆长度变化十分敏感;吃水和系缆长度主要通过影响系缆预张力来影响系泊刚度;系缆轴向拉伸刚度主要影响大位移条件下的系泊刚度;配重只影响一定位移范围内的系泊刚度。最后,给出了单点系泊系统设计的建议。

部分浸没悬臂平板的声振特性
金晖, 朱翔, 李天匀, 高双
2015, 10(4): 94-99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.014
摘要:
研究水下结构的声辐射问题时,流体声介质通常被假设为无限域,然而对于大部分水面海洋结构物,则是部分浸没在水中,自由液面的作用不可忽略。通过构造反对称边界条件来考虑自由液面的影响,采用有限元法结合间接边界元法研究水中部分浸没悬臂平板的振动和声辐射特性。首先,计算悬臂平板在不同浸没深度下的固有频率和模态振型,并与已有文献的算例进行对比分析,验证该方法的正确性;然后,对半浸没悬臂板的声辐射特性进行计算,并讨论载荷位置和浸没深度对平板声振特性的影响。研究表明:平板在水中的固有频率随着浸没深度的增加而降低;载荷位置对平板辐射声功率级有影响且和频率有关;平板辐射声功率是随着浸没深度的增加而增大,低频段辐射声功率曲线的峰值随着深度的增大有向低频移动的趋势。
基于变权TOPSIS法的舰艇对空防御威胁评估模型
闵绍荣, 陈卫伟, 朱忍胜, 谢红胜
2015, 10(4): 100-105. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.015
摘要:

威胁评估是舰艇对空防御指挥控制的关键环节之一。针对传统威胁评估方法在确定指标权重时采用常权重加权求和所带来的评估不合理的问题,将变权理论引入到舰艇对空防御的威胁评估中,构造状态变权向量表达式,使得权重随态势变化而做出相应调整。综合考虑目标属性与本舰防空武器性能,给出威胁评估指标体系,并结合“逼近于理想排序法”(TOPSIS)构建舰艇对空防御威胁评估模型。实例分析表明,该模型得到的评估结果较为科学合理,为舰艇对空防御威胁评估提供了理论与方法的参考。

基于功能软件包的作战系统集成优化设计
马永龙
2015, 10(4): 106-111. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.016
摘要:

为适应水面舰艇使命任务多元化需求,减少舰艇作战系统规模扩大与载舰总体资源有限的矛盾,提出一种基于功能软件包的作战系统集成优化设计方法,以提升基础资源集成共用和信息开放共享的程度,提高可靠性和生命力,支持根据作战任务灵活使用。介绍功能软件集成架构,描述功能软件包设计和系统集成管理技术,并开展原理验证试验。试验结果表明,基于功能软件包的作战系统集成优化设计技术可行,满足作战系统功能层面要求,为作战系统电子武器装备集成提供了可行的解决方案。

UUV航迹跟踪的双闭环Terminal滑模控制
严浙平, 段海璞
2015, 10(4): 112-117,142. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.017
摘要:
针对模型参数不确定及存在外界海流扰动情况下全驱型无人水下航行器(UUV)的航迹跟踪问题,提出了一种双闭环Terminal滑模控制方法。首先,为了防止UUV位置和姿态跟踪控制出现超调量过大的问题,在外环中引入位置和姿态负反馈,设计了UUV的参考速度作为镇定UUV位置和姿态跟踪误差的虚拟控制律。然后,在内环中将虚拟控制律作为跟踪目标。考虑到传统滑模控制会出现“抖振”现象,采用Terminal滑模控制方法,在消除“抖振”的同时,使滑模面上的速度跟踪误差在有限时间内收敛到稳态。最后,运用Lyapunov稳定性理论证明了该双闭环Terminal滑模控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现UUV对空间航迹的精确跟踪。
水面舰艇集体防护系统PID控制分析
林芃, 王吉, 包剑, 李锦
2015, 10(4): 118-124. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.018
摘要:

集体防护系统是水面舰艇防护的重要组成部分。为实现集体防护系统精确的定量控制,基于集体防护区域压力控制方程以及调节机构(超压控制阀)方程,构建系统增量方程线性化传递函数,通过传递函数确定PID参数以实现系统稳定及优化控制。构建系统整体数学模型,结合PID控制模块研究系统变工况特性。模拟结果表明:系统具有良好的超压设定值实现能力及动态特性,能够满足较大的进风量及舱容变化。系统数学模型必须考虑超压控制阀的调节能力限制,过大的送风量可能导致系统无法实现设定的超压值。建立并分析集体防护系统数学模型,为系统向大空间区域工程应用奠定良好的理论基础。

舰船密闭区域气密特性研究
李光
2015, 10(4): 125-131. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.019
摘要:

舰船密闭区域是一种容积较大、结构复杂、内部空气需建立一定超压的特殊区域,设计要求密闭区应具有一定的气密性。采用圆管层流和孔板流2种流量计算公式推导了舰船密闭区域气密压降特性的2种表达式,表示了密闭区气密压降过程中压力和时间的变化关系,并通过了试验验证。介绍了密闭区流量平衡特性,推导出密闭区漏气量和超压的关系式。论述了圆管层流法和孔板流量法2种密闭区气密压降特性和流量平衡特性的参数转换方法,并进行了试验验证。结果表明,舰船密闭区域气密特性及其转换方法的研究,为密闭区域的气密性检验提供了技术基础。

船舶典型充汽管路水动力特性数值预测
杨元龙, 李坚波, 孙宝芝, 杨龙滨, 王兴刚
2015, 10(4): 132-136. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.020
摘要:

建立船舶典型充汽管路三维计算模型,运用计算流体力学方法进行充汽管路流体水动力特性数值研究,捕捉流体压力、流速、密度、湍流动能等关键参数分布规律,基于流致振动预测机理,揭示与流致振动密切相关的流体流动能量。计算结果显示:充汽管路弯头部位产生由外壁向内壁发展的二次流动现象,导致弯头区域呈现内壁压力小、流速高、密度小、湍流动能及耗散率高等情况;基于流体流动能量分布规律,充汽管路弯头区域能量出现最大值,且弯头内壁流动能量高于外壁,可以预测充汽管路弯头内壁侧承受流致振动破坏较严重,实际充汽管路检测数据验证了数值预测结果。

管路阻力计算方法对调节阀性能预测结果的影响
陈砚, 蔡林
2015, 10(4): 137-142. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.021
摘要:

为研究不同管路阻力计算方法对调节阀性能预测结果的影响,对比分析一维经验公式和三维计算流体力学(CFD)管路阻力计算方法的计算结果;结合阻力计算结果,对某过热蒸汽调节阀的工作流量特性进行计算分析。结果表明:管路阻力的三维CFD计算结果与实际更接近,在调节阀的实际调节特性预测中,不同管路阻力计算方法对调节阀流量特性计算结果的影响不可忽略,在过热蒸汽预期流量为34 kg/s时,采用管路阻力一维经验公式和三维CFD计算方法预测的调节阀流量特性相差5.03%。