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2016年  第11卷  第3期

《中国舰船研究》2016年第3期目录
《中国舰船研究》编辑部
2016, 11(3): .
摘要:
[1] 航空母舰舰机适配性技术体系…刘相春(1)[2] 基于突变级数法的舰船作战能力综合评价…谢宗仁, 吕建伟, 林华(5)[3] 基于引力搜索算法的多层甲板舱室分布设计方法…王宇, 黄胜, 廖全蜜, 李想(11)[4] 小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析…邓磊, 彭弘宇(17)[5] 动网格方法在螺旋桨非定常轴承力数值计算中的应用…舒敏骅, 陈科, 尤云祥, 胡天群, 刘恒(25)[6] 海洋污损对螺旋桨叶切面性能影响的数值模拟…张涛, 彭飞, 闵少松(32)[7] 并列双圆柱绕流中宽窄尾流的识别方法…庞建华, 宗智, 周力, 邹丽(37)[8] 熵格子Boltzmann方法的亚格子尺度模型…邵菲, 韩端锋, 刘强, 谢伟(43)[9] 基于DES的舰船空气尾流场特性分析…操戈, 程捷, 毕晓波, 张志国, 王先洲(48)[10] S2/430LV复合材料拉-剪疲劳材料许用值试验…陈国涛, 邓波, 梅志远(55)[11] 四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析…何书韬, 王智慧, 张玉龙, 程远胜, 刘均(61)[12] 加筋板结构连续焊焊接变形规律…陈哲超, 陈震(68)[13] 推进轴系-船体结构低频弯曲振动耦合特性…李增光(74)[14] 机械设备振源三向激励力测试方法…彭伟才, 刘彦, 帅长庚, 王锁泉(79)[15] 纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响…仪修阳, 周其斗, 纪刚, 段嘉希, 黄振卫(83)[16] 国外舰船蒸汽动力技术发展的启示…黎南, 张欣(89)[17] 某超超临界汽轮机高压进汽腔整圈斜置静叶的数值仿真…杨建, 牛茂升, 郭栋, 竺晓程, 杜朝辉(97)[18] 机匣梯形篦齿对带冠涡轮气动性能的影响…薛蒙, 马石, 刘永葆(102)[19] 纳米TiO2光催化材料及其在潜艇内空气净化中的应用…王中驰, 黎德龙, 潘春旭(107)[20] 基于维修规划的舰船船体腐蚀防护经济性分析…牟子方, 魏汝祥(122)[21] 热处理工艺对2205-Q345R爆炸复合板性能的影响…刘燕平, 李平仓, 刘凯, 黄杏利, 赵惠(128)
航空母舰舰机适配性技术体系
刘相春
2016, 11(3): 1-4,10. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.001
摘要:

舰机适配性是舰空母舰(简称"航母")这一巨系统工程的核心和精髓,是母舰与舰载机之间所有联系和相互要求的总和。首先,从国外航母舰机适配性发展历程出发,阐述舰机适配性的定义,同时,基于3种手段(理论分析、仿真模拟、试验验证),分析3类要素(舰、机、人),实现3大目标(安全、高效、兼容)的技术内涵;然后,根据舰载机在航母上的航空作业项目以及与航母平台之间的关联性,构建舰机适配性技术体系,包括舰机总体适配、勤务保障适配、机务保障适配、起降保障适配和飞行指挥适配5个方面;最后,提出舰机适配性顶层要求、设计、验证与舰机协调等方面的工作内容以及总体的工作流程,用以为舰机适配性技术体系的形成和舰机适配性工作的开展提供有力的支撑。

基于突变级数法的舰船作战能力综合评价
谢宗仁, 吕建伟, 林华
2016, 11(3): 5-10. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.002
摘要:
为适应现代海军信息化条件下的作战要求,满足遂行多样化军事作战任务的目标,以编队协同作战为背景,在分析突变理论基本思想和算法步骤的基础上,提出一种基于突变级数法的舰船作战能力综合评价方法。根据突变级数理论,对影响舰船协同作战能力的因素进行多层次分解,建立舰船协同作战能力综合指标体系,确定各层次指标突变类型。在对数据进行无量纲化处理之后,结合突变层次结构模型进行综合量化运算,得到最后的评价结果。该方法已应用于某系列舰船作战效能的评估之中,计算结果真实准确,为舰船协同作战能力的评价提供了一种新的思路和方法。
基于引力搜索算法的多层甲板舱室分布设计方法
王宇, 黄胜, 廖全蜜, 李想
2016, 11(3): 11-16,60. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.003
摘要:
舰船舱室布置设计过程复杂繁琐,需耗费大量的人力与时间,而目前计算机辅助船舶设计技术仍以三维建模与绘图为主。为了使计算机获得根据输入的设计要求自主输出舱室分布设计方案的能力,提高舰船舱室布置设计效率,提出一种舱室分布设计方法。首先,针对舱室在舰船多层甲板上的分布问题搭建数学模型,依据设计规范、统计规律以及设计经验等,在分析舱室布置要求的基础上建立环境因素、通达性、重量分布和面积目标函数。然后,将引力搜索算法引入到模型中,从而形成一套舱室分布设计方法。通过算例进行试验,结果显示由所提出的方法得出的设计方案可较好地符合设计要求,证明该方法具有一定的合理性。
小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析
邓磊, 彭弘宇
2016, 11(3): 17-24. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.004
摘要:

基于ITTC推荐的CFD不确定度分析规程,开展基于RANS方程的小水线面双体船(SWATH)波浪中纵向运动计算结果的不确定度分析。分别验证计算模型的网格收敛性和时间步长的收敛性,发现相比于网格的疏密,该数值求解模型对于时间步长更为敏感。通过与试验数据进行对比,计算结果基本得到确认,并由此建立了顶浪规则波中SWATH船纵向运动数值计算结果的确认等级。在此基础上,进一步开展了该SWATH船在2个波高多个波长条件下的运动求解,计算结果均与试验结果吻合较好,说明所采用的数值计算模型对于求解SWATH船在波浪中的运动问题具有较好的适用性和可靠性。

动网格方法在螺旋桨非定常轴承力数值计算中的应用
舒敏骅, 陈科, 尤云祥, 胡天群, 刘恒
2016, 11(3): 25-31. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.005
摘要:
为了探究螺旋桨轴承力的非定常变化特性,研究了动网格(DM)方法在螺旋桨非定常轴承力(UBF)数值计算中的适用性问题。首先,通过3套不同质量网格的数值计算比较,进行网格无关性检验,选出合适的计算网格。进一步采用所选网格DM数值模拟,并将结果与滑移网格(SM)方法、势流(PM)方法及试验方法得到的结果进行对比。分析结果显示了DM方法得到的螺旋桨UBF结果与SM方法以及试验的结果吻合较好,且优于PM方法。同时,DM方法与SM方法得到的流场分布也几乎一致。研究表明:DM方法应用于螺旋桨UBF数值计算是可行的。
海洋污损对螺旋桨叶切面性能影响的数值模拟
张涛, 彭飞, 闵少松
2016, 11(3): 32-36. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.006
摘要:
通常情况下,舰艇螺旋桨桨叶表面为抛光金属材质,没有涂装防污涂层,使得桨叶易受到海洋污损生物的附着和侵蚀,然而污损对螺旋桨性能的影响研究较少。采用CFD方法对污损螺旋桨叶切面流场分布进行数值模拟,在污损生物群落中选取藤壶作为污损对象,并在几何层面上进行直接建模。计算结果表明,污损使得叶切面边界层分离更早、分离区域更大,进而使得叶切面升阻比显著降低(最大降低了近90%),从而导致螺旋桨推进效率大幅降低;当藤壶高度超过一定阈值后,藤壶的继续生长对叶切面升阻力的影响变得较小。
并列双圆柱绕流中宽窄尾流的识别方法
庞建华, 宗智, 周力, 邹丽
2016, 11(3): 37-42. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.007
摘要:

采用基于边界瞬时涡量守恒(IVCBC)的纯拉格朗日涡方法,结合并列双圆柱的结构特点,建立双圆柱绕流数值计算模型。在间隙率T/D=1.1~2.6时,并列双圆柱绕流会出现宽尾流(WW)和窄尾流(NW)现象。利用两圆柱间隙中心点的诱导速度方向与间隙流的偏转方向同步的特性,提出一种区别宽、窄尾流的数值计算方法;比较间隙流的偏转方向与该间隙中点的速度偏转方向,并进行典型的算例分析。结果表明:该方法能准确区别宽尾流和窄尾流,可为数值研究这一特殊区域的流体特征提供重要的数值计算方法。

熵格子Boltzmann方法的亚格子尺度模型
邵菲, 韩端锋, 刘强, 谢伟
2016, 11(3): 43-47. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.008
摘要:

熵格子Boltzmann方法对格子Boltzmann方法的改进使其具有稳定模拟高雷诺数湍流的潜力。尝试将大涡模拟的重整化群亚格子尺度湍流模型引入到熵格子Boltzmann方法中。同时建立基于熵格子Boltzmann方法的大涡模拟重整化群亚格子尺度模型及大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度模型,进行高雷诺数湍流圆柱绕流场的模拟计算。结果表明:所建立的熵格子Boltzmann方法重整化群亚格子尺度模型能够有效模拟高雷诺数湍流流动,其对高雷诺数湍流的模拟计算结果略优于熵格子Boltzmann方法的大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度模型。

基于DES的舰船空气尾流场特性分析
操戈, 程捷, 毕晓波, 张志国, 王先洲
2016, 11(3): 48-54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.009
摘要:

舰船上层建筑后方产生湍流尾流场会对舰载直升机的操纵产生严重威胁。采用CFD方法对舰船空气尾流场的特性进行分析研究,突破了雷诺时均方法的局限性,使用分离涡模拟(DES)方法求解瞬态舰船尾流场,按照一定频率采样流场数据,得出的平均流场明显比RANS方法的结果更贴近实验数据,证明了此方法的有效性。同时,运用DES方法直观地观察尾流场的涡特性、流动分离和再附着等特征,发现涡结构及其不对称性是舰船空气尾流场的主要特征,涡强度在烟囱处突然增强,可能对直升机的操纵产生不利影响。

S2/430LV复合材料拉-剪疲劳材料许用值试验
陈国涛, 邓波, 梅志远
2016, 11(3): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.010
摘要:
面内纵横剪切强度是衡量复合材料层合板强度特性的重要指标之一,而S2/430LV复合材料是目前较为常用的一种典型舰用复合材料体系。首先,依据规范GB/T 3355-2005开展±45°面内拉-剪强度试验研究,测试结果表明,在拉-剪载荷作用下,S2/430LV复合材料的载荷/位移曲线存在两阶段和弧形过渡区特征。取初始损伤后的线性段与弧形段的切点为剪切强度的基准点(对应剪切强度为τB),分别选取不同折减系数下的载荷值来开展拉-剪疲劳特性、疲劳承载后剩余刚度和强度试验研究。结果表明:计及机械疲劳承载时,S2/430LV复合材料面内剪切强度材料许用值的折减系数可取为0.75。该结论对舰艇复合材料结构可靠性设计与分析具有重要的参考意义。
四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析
何书韬, 王智慧, 张玉龙, 程远胜, 刘均
2016, 11(3): 61-67. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.011
摘要:

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。

加筋板结构连续焊焊接变形规律
陈哲超, 陈震
2016, 11(3): 68-73,88. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.012
摘要:
基于通用有限元软件Abaqus,采用顺序耦合热弹塑性有限元方法对加筋板结构双边连续焊焊接变形规律进行了研究。为了提高计算效率,采用具有截面积分特性shell单元的shell/solid模型描述加筋板结构,实现了焊接过程数值模拟。针对双边连续焊焊接方式,分别计算比较了T形接头两侧同时焊接和两侧依次焊接情况下的结构残余变形和应力。结果表明:T形接头两侧同时焊接产生较小的焊接变形,并且变形较为对称。
推进轴系-船体结构低频弯曲振动耦合特性
李增光
2016, 11(3): 74-78. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.013
摘要:

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系-船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系-船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨-轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系-船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。

机械设备振源三向激励力测试方法
彭伟才, 刘彦, 帅长庚, 王锁泉
2016, 11(3): 79-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.014
摘要:

机械设备传递到船体上的激励力对船舶结构振动噪声预报有着重要意义。对于弹性安装的设备,提出采用基于隔振器阻抗特性的激励力间接测试方法和基于三向力传感器的直接测试方法。以小型柴油机为实验对象,用PCB三向力传感器直接测量柴油机机脚通过隔振器传递到基座的激励力,提出力传感器噪声干扰的抑制措施。实验结果表明,三向激励力间接测试值的误差小于3 dB,保证了测试精度,可作为准确值验证间接测试方法,在工程中采用间接测试方法完全可以代替直接测试方法。

纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响
仪修阳, 周其斗, 纪刚, 段嘉希, 黄振卫
2016, 11(3): 83-88. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.015
摘要:
为研究纵桁穿过边缘开孔舱壁对环肋圆柱壳水下声辐射特性的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DMAP混合编程处理流体附加质量和附加阻尼,计算在不考虑开孔加强结构的条件下,不同舱壁边缘开孔数量、半径及分布角度的圆柱壳表面均方法向速度级与辐射声功率级频响曲线。结果表明:舱壁边缘开孔分布角度对环肋圆柱壳湿表面均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值影响很小,但对两声学衡量指标的峰值数影响明显;边缘开孔数量、半径对两声学衡量指标的分贝值影响明显,且对峰值数影响显著。因此,在设计潜艇舱壁结构时,需合理设置边缘开孔参数。
国外舰船蒸汽动力技术发展的启示
黎南, 张欣
2016, 11(3): 89-96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.016
摘要:

近40年来,各国陆续入役的大型驱护舰多数已经弃用蒸汽轮机,转用燃气轮机或柴油机作为舰船主动力。但在大型航空母舰和核潜艇上,蒸汽动力至今仍是唯一可用的无可替代的动力装置。介绍蒸汽动力的系统组成、技术特点、各国应用状况及发展趋势,并为我国舰船蒸汽动力技术的发展提出一些个人建议。包括:积极借鉴国外的成功经验;重视舰船蒸汽动力技术的研究和人才培养;适当考虑选用合适的蒸汽动力方案,扶持行业的健康发展;尽快构建完善我国各种舰船动力的标准化、成熟机组系列,按常用功率等级配齐,供舰船设计时按需选配。

某超超临界汽轮机高压进汽腔整圈斜置静叶的数值仿真
杨建, 牛茂升, 郭栋, 竺晓程, 杜朝辉
2016, 11(3): 97-101. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.017
摘要:

针对某超超临界汽轮机组,通过CFX数值软件模拟了汽轮机组进汽道及斜置静叶通道内部的流动情况。通过对内部流场的分析,可以得出静叶斜置后的利弊情况,通过观察进气角分布,周向各位置叶表的压力分布以及对应的速度矢量和压力分布,可以发现进汽腔体所带来的周向不对称性会对下游叶片流动产生较大的影响,使得静叶进口处的流动角差别较大,导致汽轮机偏离其工作条件。进汽腔配置斜置静叶之后,进汽腔所引起的出口处周向不均匀性在流经斜置静叶后会得到较大的改善,从而使得下游流动参数更加均匀,有益于机组的运行和转子寿命的延长。

机匣梯形篦齿对带冠涡轮气动性能的影响
薛蒙, 马石, 刘永葆
2016, 11(3): 102-106. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.018
摘要:

应用数值方法对某两级带冠涡轮的流场进行模拟。基于原叶冠结构,增加叶顶间隙设计值,减小叶冠上的篦齿与机匣发生磨碰的可能性,并在机匣内壁设置梯形篦齿与原叶冠上的篦齿形成交错型篦齿结构进行密封。研究结果表明:机匣梯形篦齿的设计改变了叶冠顶部泄漏流流场结构,提高了叶冠的密封性能,改善了涡轮的气动性能;不同工况条件下交错型篦齿比原结构的涡轮效率提高了0.5%左右。

纳米TiO2光催化材料及其在潜艇内空气净化中的应用
王中驰, 黎德龙, 潘春旭
2016, 11(3): 107-121. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.019
摘要:
潜艇舱室内空气质量的优劣是衡量潜艇正常运行的重要指标之一。纳米TiO2作为一种新型高效无污染光催化材料,在环境污染处理中具有广泛的应用前景,一直受到国内外研究者的关注。近年来,随着纳米TiO2的不断改性,光催化性能不断提高,在实际应用中得到了推广和开发,如何有效利用纳米TiO2光催化材料控制潜艇舱室内的空气质量水平成为一个极其重要的研究和应用领域。通过对潜艇内的有害气体组成与危害进行分析,综述了近几年在纳米TiO2光催化材料制备、表征、性能和应用等方面的最新研究进展,探讨了纳米TiO2光催化材料在降解有机污染物、抗菌、除臭等方面应用的可行性。并对纳米TiO2处理室内挥发性有机化合物(VOC),以及复合空气净化方面的应用进行了探讨。提出了解决空气净化应用中纳米TiO2固定化、光催化效率低等问题的一系列方法,以期为纳米TiO2在控制潜艇舱室内空气质量方面的进一步应用提供建议和指导。
基于维修规划的舰船船体腐蚀防护经济性分析
牟子方, 魏汝祥
2016, 11(3): 122-127. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.020
摘要:
船体作为舰船的重要组成部分,由于所处海洋环境复杂、恶劣,腐蚀严重,经济损失巨大。针对船体腐蚀严重造成的经济损失以及采用防腐技术带来的经济效益难以评估的问题,通过基本内涵的界定,从舰船全寿期角度探讨船体腐蚀损失及防腐费用的计量方法。归纳现有的防腐方案,运用蒙特卡罗模拟方法对防腐方案的参数进行敏感性分析。在既定的舰船维修规划情况下,对防腐措施进行费效分析,从而有效提高舰船船体防腐费用的利用效益。
热处理工艺对2205-Q345R爆炸复合板性能的影响
刘燕平, 李平仓, 刘凯, 黄杏利, 赵惠
2016, 11(3): 128-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.021
摘要:

2205-Q345R爆炸复合板因结合了基复层的优良性能而被广泛应用,爆炸复合后的去应力退火温度对复层2205的性能影响很大。通过对2205-Q345R爆炸复合板在不同热处理工艺下进行退火处理,结合晶间腐蚀、金相、拉伸、弯曲等检测方法,对其耐蚀性、显微组织、力学性能进行研究。结果表明:在480~600℃之间对2205-Q345R爆炸复合板进行去应力退火,复合板的耐蚀性、强度及弯曲性能均满足标准及用户后续的使用要求。综合考虑热处理制度对复层2205析出相的影响及复合板残余应力的消除情况,建议最佳的热处理工艺选择540~560℃,1~4 h炉冷,300℃以下出炉空冷。