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2015年  第10卷  第5期

《中国舰船研究》2015年第5期目录
《中国舰船研究》编辑部
2015, 10(5): .
摘要:
[1]舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究…陈伟,杨向晖,邱辽原(1)[2]船舶造型设计特性研究与方法探析…万里,吕杰锋,许晟(6)[3]单体半滑行穿浪船船型与静水航行性能…魏成柱,毛立夫,李英辉,易宏(16)[4]加装舭龙骨对千吨级深V船型静水阻力和横摇运动的影响…傅江妍,陈炜,葛慧晓,陈韬颖(22)[5]深海半潜式平台不同构型的运动性能…张文旭,陆超,李亚军,李海军,康美泽(27)[6]船舶拖曳潜体回转和收放作业仿真…马文彬,向祖权,茅云生(34)[7]基于代理模型的集成上层建筑开口群角隅应力分析…张峰,何书韬,刘均,程远胜(41)[8]深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性…武大江,梅志远,周晓松(47)[9]船舶肘板拓扑优化设计…程远胜,刘甜甜,刘均(53)[10]复合波阻技术波阻特性分析…林永水,吴卫国(59)[11]附加多个集中质量加筋板的自由振动分析…李凯,何书韬,邱永康,吴国民,郭文杰,李天匀(66)[12]基于TPA的船舶双层隔振系统计算模型与试验验证…徐建龙,许锐,彭利国(71)[13]B系列串列螺旋桨敞水性能参数匹配数值仿真…胡俊明,李铁骊,林焰,余欣(76)[14]基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟…阮华,张志荣,辛公正(83)[15]Kappel桨与传统螺旋桨噪声对比试验…宋晗,王睿,熊鹰(92)[16]船用锅炉给水再循环管路上的节流孔板设计与优化…杨元龙(99)[17]蒸汽动力船舶疏水系统设计…宋振国,谢骁,陈汝刚,石好(104)[18]船舶进气装置冲击波试验…王明鹤,刘建军(110)[19]基于AMESim的超高压气动吹除阀仿真与实验研究…夏极,廖义德,杨凯(117)[20]考虑修理结构的舰船部署能力仿真…李宣池,胡俊波,张志华(123)
舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究
陈伟, 杨向晖, 邱辽原
2015, 10(5): 1-5,52. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.001
摘要:

舰船船型航行性能设计及优化是舰船总体设计的重要部分.针对以往迭代式的多方案船型设计及优选效率较低、难以获得全局最优解等不足,引入多学科设计优化方法,开展船型航行性能优化.以DTMB 5415标模船型阻力、耐波性和操纵性等综合优化为例,介绍船型多学科协同设计优化的一般过程,建立以典型性能指标为优化目标的数学模型,获得了综合航行性能明显改善的船型方案,验证了多学科设计优化在船型设计中的应用潜力.研究成果可为工程船型设计提供有益参考.

船舶造型设计特性研究与方法探析
万里, 吕杰锋, 许晟
2015, 10(5): 6-15. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.002
摘要:

现代工业设计视角下的船舶造型设计不仅是以实现和提升船舶功能、性能为主要目的的工程设计,也是以"人"为设计对象,实现自身差异化和多元化发展的设计产物.基于现代工业设计学科的思想和方法,针对船舶作为大型产品的需求和特点,系统地提出船舶造型设计的5个主要设计特性(简称"五性"),即识别性(地域、品牌和产品系列识别)、传达性(信息、语义和象征传达)、艺术性(形式美和内在美)、体验性(感官、使用和情感体验)和经济性(附加值);并结合大量案例,对"五性"的内涵、基本原则、表现形式和实现途径等进行分析总结,为开展船舶造型设计研究提供了方向.

单体半滑行穿浪船船型与静水航行性能
魏成柱, 毛立夫, 李英辉, 易宏
2015, 10(5): 16-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.003
摘要:
半滑行穿浪船是一种结合了混合式内倾型穿浪船艏和半滑行式水下船体的高速单体穿浪船,同时具有穿浪船的穿浪特性和半滑行船的航行特性,拥有良好的快速性和适航性.半滑行穿浪船采用具有折角设计的压浪型干舷,折角线在船长方向上与水线之间存在夹角.压浪干舷具有抑制内倾型船舶的干舷上浪、提供升力、增加储备浮力和减摇的作用.通过基于动网格的数值计算,对压浪干舷的纵向倾角及优选纵向倾角下的半滑行穿浪船在静水中的航行特性进行研究.计算结果表明:拥有较小纵向倾角的压浪干舷的使用效果较好;半滑行穿浪船同排水型穿浪船相比其在高速段的阻力和姿态得到了很大改善.
加装舭龙骨对千吨级深V船型静水阻力和横摇运动的影响
傅江妍, 陈炜, 葛慧晓, 陈韬颖
2015, 10(5): 22-26. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.004
摘要:

为改善深V船型在低速下的横摇,以千吨级深V船型为研究对象,研究在其舯部减摇鳍前、后位置加装舭龙骨对其静水阻力和横摇运动的影响.首先,通过数值模拟计算对深V船型无舭龙骨方案、加装舭龙骨的各个方案的耐波性进行比较,掌握舭龙骨距离折角线不同安装位置和不同舭龙骨宽度对深V船型横摇运动的影响.然后,根据数值计算结果考虑工程可实施性,以大舭龙骨宽度、等舭龙骨面积及不同安装角度设计这3个舭龙骨方案完成横摇衰减试验并优选出1个舭龙骨方案.最后,对该优选方案开展静水阻力试验和不规则波中的运动响应试验.试验结果表明,千吨级深V船型加装舭龙骨后,其静水阻力增加量不大于5%,减摇效果达30%以上.

深海半潜式平台不同构型的运动性能
张文旭, 陆超, 李亚军, 李海军, 康美泽
2015, 10(5): 27-33. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.005
摘要:

深海半潜式平台的运动性能预报是平台方案设计阶段的重要工作,而平台性能的优劣主要取决于水下的浮体构型.通过对国外主推的半潜平台设计方案进行构型特点分析,分别对立柱、连接横撑以及下浮筒进行多方案设计,共组合得到8个平台设计方案.应用数值方法首先对A1方案完成性能计算,并与该平台的模型试验结果对比,验证了理论预报的可靠性.基于该理论方法,分别完成了8个平台方案的系列水动力性能预报,并采用指标权重法得到了各个平台方案的综合运动效能,通过对比分析,明确了不同构型对于运动性能的影响规律.研究表明:浮体构型对于半潜式平台的运动性能有较大影响,且尖角型浮筒、变截面立柱及圆管型横撑的构型具有更优的综合运动性能.

船舶拖曳潜体回转和收放作业仿真
马文彬, 向祖权, 茅云生
2015, 10(5): 34-40. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.006
摘要:
为了对潜体拖曳系统的运动进行预判,并能快速且正确地得到船舶拖曳的潜体在水下不同时刻的位置和缆绳形态图,采用改进的集中质量法对拖曳系统进行数学建模,模拟水下拖曳系统不同工作状态下的运动形态,并对潜体的回转作业和收放作业进行简化.结果显示:水下拖曳潜体做回转运动时,拖曳潜体系统形成闭合的圆形回路;做收放运动时,拖曳系统随着时间的增加长度逐渐增加,从而完成潜体的收放操作.通过对海上船体拖曳系统运动规律的预测,以及对拖体拖曳系统的直航、回转和收放工况的研究,得到了拖曳系统的缆形的实时分布,以及潜深和拖曳潜体系统最大拉力之间的大小对应关系.
基于代理模型的集成上层建筑开口群角隅应力分析
张峰, 何书韬, 刘均, 程远胜
2015, 10(5): 41-46. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.007
摘要:
针对具有开口群的船舶集成上层建筑,使用ANSYS分析其开口区域的强度特性.在多方案有限元计算的基础上,提出兼顾计算精度和计算成本的强度计算模型.基于该模型,以影响开口区域应力的主要设计参数为设计变量,构造了快速预报开口群角隅节点应力的4种代理模型,并对这4种代理模型进行误差检验,得出在所选取的样本点比例下,Kriging代理模型拟合精度较高.因此,采用构造的Kriging模型分析了结构尺寸对开口角隅节点应力的影响.结果表明:开口面板厚度的变化对角隅节点应力水平影响最大.
深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性
武大江, 梅志远, 周晓松
2015, 10(5): 47-52. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.008
摘要:
针对混杂夹芯复合结构的典型结构和承载受力特征,以某水下平台附体结构为背景展开研究.首先,设计试验模型并进行耐压承载特性试验.然后,用Abaqus建立有限元分析模型,将仿真计算与试验结果进行对比,验证仿真分析的有效性,并在此基础上进一步探讨深水静压载荷作用下该结构各主要组成构件的变形及应力分布特征规律.最后,以钢质框架与表层蒙皮相交应力集中区域的细节设计问题为对象,综合评价了2种T型连接设计方案的合理性与可行性.结果显示,芯材弹性模量在4~8 GPa时可以避免蒙皮和芯材出现严重的应力集中,可为该类结构的后续工程设计提供参考.
船舶肘板拓扑优化设计
程远胜, 刘甜甜, 刘均
2015, 10(5): 53-58,70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.009
摘要:
目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中.提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化.在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式.计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考.
复合波阻技术波阻特性分析
林永水, 吴卫国
2015, 10(5): 59-65. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.010
摘要:
复合波阻技术在舰船减振降噪中的应用日益广泛.基于有限元思想,综合运用波分析法和阻抗法,提出一种复合波阻元件阻抑结构声传递特性的波动力响应矩阵分析法.该方法将结构离散为若干波导单元和波阻单元,建立附加波阻元件的结构连接的波动力响应广义平衡方程,推导出波导单元波动力响应矩阵及波阻单元附加波动响应矩阵,代入平衡方程求出波导单元的响应幅值,进而求得传递效率与传递损失.在此基础上,数值探讨不同复合波阻元件对波阻特性的影响.结果表明:根据不同类型波阻元件的波阻特性,选择合理的设计参数,并进行科学的组合与优化布置,能显著提高整个频域的结构声传递损失.本研究为复合波阻元件的声学设计提供了分析方法以及新的控制方案,可用于指导舰船结构波阻技术的声学设计.
附加多个集中质量加筋板的自由振动分析
李凯, 何书韬, 邱永康, 吴国民, 郭文杰, 李天匀
2015, 10(5): 66-70. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.011
摘要:

基于能量泛函变分的方法,研究附加多个集中质量纵横加筋板的自由振动特性.在处理板与筋条的变形协调约束条件时,通过引入拉格朗日乘子,把板、梁组合振动分析问题转化为处理一类无约束泛函变分问题,从而得到加筋板的广义特征值矩阵方程.通过集中质量点的形式引入板上装载设备质量.求解方程可以得到组合结构的各阶固有频率.以四边简支边界条件纵横离散加筋板为计算实例,通过特征值确定其振型并与仿真分析结果进行对比分析,表明其准确有效,可为此类工程问题的研究提供理论基础.

基于TPA的船舶双层隔振系统计算模型与试验验证
徐建龙, 许锐, 彭利国
2015, 10(5): 71-75,91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.012
摘要:

针对船舶双层机械隔振系统结构复杂,遇到振动噪声异常问题时难以排查的情况,将传递路径分析方法(TPA)引入船舶建造的过程之中,在理论分析的基础上,建立了双层机械隔振系统的缩比模型,并进行了试验测试工作,得到了各路径到目标点处的结构振动合成值,且在200 Hz以下的低频段合成结果与实测结果高度吻合.此外,通过分析各路径贡献量的标量云图及典型频点处的路径贡献矢量图,从传递路径的能量分布出发,找出异常路径,并通过检查分析以明确异常的问题.结果表明:该方法可有效分段排查异常问题的成因,满足工程实际的需求.

B系列串列螺旋桨敞水性能参数匹配数值仿真
胡俊明, 李铁骊, 林焰, 余欣
2015, 10(5): 76-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.013
摘要:
分析研究B系列螺旋桨的敞水性能,应用VB语言编制B系列桨回归方程的计算程序,数值过程基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法处理数值粘性流场,采用Fortran语言、Pro/E和GAMBIT前处理软件联合建模并划分网格,研究湍流模型对螺旋桨敞水性能的影响,对串列螺旋桨数值计算验证和敞水性能参数匹配问题进行研究,分析其尾流和速度场的变化状况.结果表明:RSM模型为较佳湍流模型;合适的桨距比和叶错角可明显提高串列桨的敞水性能,串列桨后桨吸收前桨的尾涡能量,且随着与盘面处的距离增大,串列桨轴向诱导速度减少趋势快于单桨,可提高串列桨的敞水效率.
基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟
阮华, 张志荣, 辛公正
2015, 10(5): 83-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.014
摘要:

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究.通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好.对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟.3 种湍流模型SST k - ω,RNG k - ε 及RSM 的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动.通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响.流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中.研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程.

Kappel桨与传统螺旋桨噪声对比试验
宋晗, 王睿, 熊鹰
2015, 10(5): 92-98. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.015
摘要:
为检验Kappel桨的噪声性能,在海军工程大学空泡水洞进行背景噪声测量及2种桨模噪声对比试验.本次试验共设计16组工况,分别测量2种桨在无空泡和有空泡时的噪声.由测量结果分析可知,海军工程大学空泡水洞的声学性能满足试验要求,噪声信号在1~20 kHz范围内可获得较高的信噪比.无空泡时,Kappel桨与传统桨的辐射噪声相当;在相同转速空泡数σn下,Kappel桨的空化辐射噪声高于传统螺旋桨的,同时观察其空泡形态,与传统螺旋桨相比Kappel桨的空泡形态要为剧烈,表明在空泡性能方面Kappel桨要低于传统螺旋桨,在Kappel桨的设计过程中应综合考虑螺距与拱弧的关系以改善Kappel桨的空泡性能.
船用锅炉给水再循环管路上的节流孔板设计与优化
杨元龙
2015, 10(5): 99-103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.016
摘要:

船舶给水管路上节流孔板的过度限流,会引起管路产生剧烈的振动和噪声,极大地影响船用给水系统管路的安全运行.针对某大型船舶蒸汽动力系统试验中给水再循环管路上单级节流孔板汽蚀诱发管路剧烈振动和噪声的故障事例,根据管路汽蚀的理论评估方法,分析孔板汽蚀诱发管路振动的机理.采用CFD数值模拟手段研究给水再循环管路节流孔板流域的压降特性、湍流结构及温度场分布规律,验证并明晰给水再循环管路单级节流孔板下游发生的汽蚀现象.为规避孔板发生汽蚀现象,提出多级孔板减压限流的方法,基于阻塞压差的理论设计方法,结合多级节流孔板几何级数递减的设计原则,计算节流孔板的孔径、级数和厚度.该分析方法可用于指导船舶大压降给水系统管路多级节流孔板的结构设计和安全运行.

蒸汽动力船舶疏水系统设计
宋振国, 谢骁, 陈汝刚, 石好
2015, 10(5): 104-109,116. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.017
摘要:

蒸汽动力船舶疏水系统的合理设计对提高热力系统的经济性以及保证设备的安全运行至关重要,针对鲜有文献对其设计进行论述的现状,从疏水系统设计需求出发,在蒸汽系统吹除工况分析的基础上,提出蒸汽系统疏水量的计算方法和系统凝水去向设计原则.通过对多种疏水器性能进行比较,得出热动力疏水器适用于蒸汽系统吹除工况.在对某型船舶疏水系统问题总结的基础上,提出了疏水系统的布置方案.通过较好实现某型船舶疏水系统功能,验证了该疏水系统设计方法的合理性.

船舶进气装置冲击波试验
王明鹤, 刘建军
2015, 10(5): 110-116. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.018
摘要:

为评估船舶进气装置承受爆炸冲击波的能力,进行冲击波试验研究.通过对比各爆室的不同装药量,发现冲击波超压峰值与爆室1的装药量成正比关系;冲击波波形与爆室2~爆室7的装药量有关,爆室2的装药量决定了冲击波的完整性.通过分析试验数据,结果表明:爆炸冲击波的冲击波冲量最大值滞后于冲击波超压峰值的最大值;进气装置可以承受超压峰值84.45 kPa 爆炸冲击波产生的15 260.84 kPa·ms冲击波冲量的作用力.

基于AMESim的超高压气动吹除阀仿真与实验研究
夏极, 廖义德, 杨凯
2015, 10(5): 117-122. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.019
摘要:

介绍一种带压差控制的超高压气动吹除阀及其工作原理.运用AMESim气动元件设计库建立吹除阀仿真模型,对其动态特性进行系统的分析研究,并进一步探究主阀阀芯节流孔孔径、控制阀弹簧预压缩量、气源压力、舷外海水压力等参数对吹除阀吹除性能的影响.最后,对吹除阀的性能进行实验研究.研究结果表明:吹除阀的工作性能平稳,响应灵敏,压差控制精度高;气源压力、舷外海水压力对吹除阀压差控制性能没有影响,但提高气源压力或降低舷外海水压力能够有效提高吹除效率;通过改变节流孔孔径与控制阀弹簧预压缩量,可以调节吹除阀压差控制范围.

考虑修理结构的舰船部署能力仿真
李宣池, 胡俊波, 张志华
2015, 10(5): 123-128. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.020
摘要:
海上环境日益复杂,不仅要关心单艘舰船的部署能力,更要关心多艘舰船可同时部署的能力,以满足不同军事任务的用船需求.针对多艘同型舰船的部署能力问题,分析舰船入役时机、计划修理间隔期及修期控制等因素对同型舰船部署能力的影响,并从军事需求出发,提出多艘同型舰船部署能力的度量指标体系.在此基础上,建立多艘同型舰船部署能力的数学模型,给出同型舰船部署能力的仿真算法,较好地解决了同型舰船部署能力计算困难的问题.最后,通过仿真分析发现,舰船入役时机、计划修理间隔期及修期控制对同型舰船的部署能力具有较大影响,尤其是随着舰船计划修理间隔期的延长,其部署能力呈S形增加,对优化舰船修理结构,提高同型舰船部署能力,降低舰船维修保障费用具有重要意义.