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2021年  第16卷  第3期

2021 年 3 期目录
2021, (3): 1-2.
摘要:
总体与性能
某型舰载机碳纤维复合材料电源机箱及其核电磁脉冲防护性能
王富强, 刘鹏, 张建东, 苏青林, 刘艳, 梁祎
2021, 16(3): 24-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01850
摘要:
  目的  针对某型舰载机电源机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备复合材料电源机箱。  方法  利用CST仿真软件进行机箱复合材料的防护性能仿真和设计评估;选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计;使用有界波模拟器验证其在核电磁脉冲下的防护能力。  结果  结果表明,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到65 dB以上。  结论  采用热压罐工艺制作的机箱具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。
喷水推进船骑浪运动建模及时域仿真
封培元, 蔡佑林, 范佘明
2021, 16(3): 38-43. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01892
摘要:
  目的  船舶骑浪/横甩是国际海事组织(IMO)新纳入船舶第二代完整稳性衡准中的5种稳性失效模式之一。针对当前规范仅适用于螺旋桨推进船的局限性,研究喷水推进船骑浪失稳的问题,为后续进一步完善规范奠定基础。  方法  基于喷水推进装置的力学模型和船舶在随浪中的一维纵荡运动方程,建立船舶骑浪运动的数学模型,利用四阶Runge-Kutta法求解模型,实现船舶时域运动仿真。以一艘高速穿浪内倾船型为例,系统性开展时域数值计算,以得出此类型船舶发生骑浪现象时的工况特点。  结果  通过数值仿真,得出了目标船舶在第二代完整稳性衡准要求的波浪工况范围内的预报结果:Fr=0.4时,有80.9%的工况发生骑浪;Fr=0.3时,骑浪发生比例降至59.4%。  结论  研究成果既可为喷水推进船的骑浪/横甩稳性评估提供理论模型和数值分析的手段,也可用于对此类型船舶进行稳性安全评估。
舰载机典型调运方案推演与时序优化
郑茂, 颜世伟, 初秀民, 邹运其, 谢朔
2021, 16(3): 1-8, 23. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01945
摘要:
  目的  为提高舰载机甲板调运效率,开展舰载机调运路径与时序的快速规划研究。  方法  建立一种基于网络拓扑结构的调运路径快速规划方法,引入舰载机运动模型和轨迹跟踪控制方法,建立仿真推演模型。以典型出动回收作业为例探讨舰载机调运约束条件、调运原则以及优化目标,提出一种调运时序快速优化方法。  结果  仿真推演结果显示,优化算法可提高多台弹射器作业进程的并行度,优化后的调运方案与1997年美军高强度演习数据接近。  结论  运用所提出的方法可快速获得真实合理的舰载机甲板调运方案,对于舰载机出动回收能力研究、调运方案辅助决策具有参考价值。
基于基本空间组合关系的舰载机机库布列算法
徐柱国, 余明晖, 吴靳, 戴明强
2021, 16(3): 9-16. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01954
摘要:
  目的  提出一种优化航空母舰机库甲板舰载机布列的算法。  方法  针对机库内舰载机混搭布列问题,基于基本空间组合关系,建立组合关系库,优化解空间,将有约束的二维排样问题转换为组合优化问题。然后,再以最大舰载机数量与最大可紧急出动舰载机数量为目标,建立机库布列模型,并利用一种启发式算法求解该模型。  结果  以“尼米兹”级航空母舰作为案例进行求解,得到的机位排布方案能够在保证紧急出动舰载机数量的情况下最大化机库布列总数量,且布列方案满足实际业务约束与需求;与美军布列方案相比,机库甲板的面积利用率提高了16.92%。  结论  使用该算法可以有效地对舰载机机库布列问题进行求解。
舰载机发动机冲击射流温度场及噪声特性分析
齐龙舟, 冯和英, 彭叶辉, 赵鲲
2021, 16(3): 17-23. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02063
摘要:
  目的  偏转角对偏流板附近温度分布及辐射噪声大小的影响较大,适当的偏转角可以扩大舰载机周围安全区域范围。  方法  分析某型发动机尾喷管在全加力状态下,不同偏转角(β=35°,45°,55°)及不同监测距离(S=20D,30D,50D,80D)下偏流板附近的流场、温度场及声场特性。利用大涡模拟(LES)和声类比方法建立超声速射流冲击斜板计算模型,然后通过实验数据验证模型的正确性。  结果  结果显示,偏转角可改变温度场的分布,在β=45°时偏流板导流效果较好,板后人员及设备能得到最有效的保护,且偏流板逆流侧高温回流对舰载机后机轮基本无影响;偏转角对远场辐射噪声的影响较大,在S=40D时总声压级随偏转角的增大而增大,β=35°时影响舰员正常工作的噪声辐射范围最小。  结论  研究表明,虽然在β=45°时偏流板附近的舰员及设备所受的高温及噪声威胁最小,但为保证舰员在任何角度下都能正常工作,还是需要与尾喷管保持80D以上的距离。
面向船用维修保障的快速成型技术及装备设计
罗恒
2021, 16(3): 31-37. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01980
摘要:
  目的   随着海军装备跨越式发展,装备使用频率和故障率越来越高,而传统的修复模式存在局限性,为此,提出一种面向船用维修保障的快速成型技术(RPM)及装备设计方法。   方法   根据实船状况,以硬件、软件、工艺和材料这4个方面为基础,开展快速成型装备集成技术研究; 采用设备运动机构可快拆分、组合的设计方法,将氮气作为保护气来实现快速成型修复,研究成型修复的工艺、形性协同调控、修复后处理等关键技术及方法。   结果   结果表明:快拆组配的移动式成型修复装备有助于解决实船的在线修复问题;船用氮气可作为保护气体;粉尘收集系统模块可极大减小成型修复过程中对装备的污染。   结论   可快拆组配的成型修复装备有助于实现舰船现场条件下的“坏中修好”目标,满足实战条件下舰船装备备件的伴随保障。
基于SR-UKF的潜艇水动力系数辨识方法
吕帮俊, 黄斌, 彭利坤
2021, 16(3): 44-49. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01893
摘要:
  目的  针对潜艇运动模型中水动力系数难以准确获取的问题,采用平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)算法进行系统辨识。  方法  首先,以潜艇垂直面运动非线性数学模型为基础,结合SR-UKF算法,建立潜艇垂直面水动力系数辨识模型;然后,利用自动操舵控制潜艇在垂直面进行类正弦机动,将运动仿真生成的数据作为SR-UKF参数辨识的输入,并加入测量误差的影响;最后,通过数值仿真计算对潜艇垂直面机动的6个黏性无因次水动力系数进行辨识。  结果  仿真结果表明,全部待识别水动力系数在3 000 s内均收敛至固定值,通过合适的初值选取,辨识结果与水动力试验所测定标准值的最大误差仅1.5%。  结论  SR-UKF能有效应用于潜艇水动力系数辨识,并可进一步拓展用于实艇的水动力系数辨识。
不同形状摆翼推进器水动力性能的数值预报
张生浩, 梅蕾, 周军伟
2021, 16(3): 50-59, 66. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01911
摘要:
  目的  为得到最优几何外形的摆翼,对不同形状三维水翼的水动力性能进行研究 。  方法  运用NUMECA软件的Fine/Marine求解器,采用数值方法模拟NACA 0012水翼模型在不同参数(展弦比、根梢比、前掠和后掠)下的水中多自由度耦合运动流场,以得到不同几何参数及工况下的效率、推力系数和尾流场。通过模拟结果与实验结果的对比,以及网格无关性分析,验证数值方法的可靠性。  结果  结果表明,展弦比越大,水翼性能越优; 对于展弦比相同而根梢比不同的梯形水翼,增大根梢比对水翼性能会产生消极影响;对于相同根梢比的前掠、后掠及梯形水翼,后掠形式性能优于前掠和梯形形式,后缘形状对水翼性能有显著影响。  结论  研究初步得到了较优摆翼推进器的几何设计参数,对各工况下摆翼推进器的尾涡结构特征有了进一步认识。
三维船体建模与稳性计算系统研发
陈志飚, 陈庆任, 朱显玲
2021, 16(3): 60-66. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01952
摘要:
  目的  为实现多体船、组合船体等复杂船型的船体与舱室的可视化快捷建模和稳性计算,研发三维船体建模与稳性计算系统。  方法  采用模型−视图−控制器(Model-View-Controller,MVC)设计模式搭建系统框架;融合三维可视、对象拾取、特征点捕捉、命令流、引用表达式−联动更新、撤销−重做、智能表格等功能元素,实现适用于一般用户的船体与舱室三维交互式建模,以及适用于熟练用户的命令流快速建模;采用三维表面网格积分算法,实现不受限于船型的静水力与稳性计算,并基于派生类技术实现多个版本的法规衡准供用户选择。  结果  实船测试和工程应用结果表明,该系统能实现船体与舱室的三维快速建模和准确计算,覆盖具有多艉、球艏、艏升高、艉升高、凸形甲板的复杂船型,以及浮船坞、双体船、三体船、拼装组合船等特殊船型。  结论  该软件对船舶工程软件的设计研发具有参考价值。
隔离舱室污染气体扩散的大涡模拟研究
刘琦, 谢承利, 李伟光, 刘文川, 龙新平
2021, 16(3): 67-73. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01900
摘要:
  目的   开展船舶隔离舱室门动态开启过程中污染物对流扩散的研究,定量对比和评估不同负压工况下污染物中扩散量随时间的变化,对隔离病房负压系统的设计具有重要意义。   方法   基于大涡模拟(LES)方法,结合示踪气体组分输运方程,对某型应急医疗救援船的隔离舱室门开启过程中污染物的对流扩散规律开展数值模拟研究,重点对不同压差工况下门动态开启过程中的流场特性及污染物扩散规律进行对比分析。   结果   研究表明:以污染物总扩散量为评估指标,对空间离散精度和时间步长进行敏感性分析,可确保LES模拟结果的可靠性;在不同压差与门开启过程的诱导作用下,流体速度峰值和出现峰值的时间有明显差异;提高隔离病房负压值可以减小污染物扩散峰值,同时也可缩短已扩散污染物在压差作用下返回隔离病房的时间。   结论   对隔离舱室负压系统设计和污染物动态扩散评估具有一定指导意义。
顶部开口船舱火灾下结构热力耦合方法研究
汪金辉, 张宪达, 陈科烨
2021, 16(3): 74-85, 111. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01903
摘要:
  目的  船舶舱室钢结构在火灾环境下的性能分析是结构防火设计的理论基础,与传统的标准升温法相比,基于真实火灾温度场的研究更能准确分析船舱结构的力学响应行为。为此,以船舶开口机舱结构为研究对象,开发基于FDS和ANSYS的火−热−结构耦合数值模拟方法。  方法  首先,采用FDS模拟得到火灾壁面温度场数据,以此温度场为边界条件,传输到结构有限元分析软件ANSYS中进行机舱结构的瞬态热分析温度场计算;然后,对机舱模型进行热−结构行为耦合计算,实现机舱结构在火灾场景下的力学响应分析,并应用该方法开展机舱受火案例研究。  结果  结果表明,结构应力分布不均匀,最大应力集中在机舱外的边缘处,达到19 MPa,受火后结构未到极限状态。  结论  与传统的标准升温曲线法相比,所提方法能考虑结构非均匀升温、真实火灾升温这两个重要方面。机舱应重点关注非均匀升温造成的结构内力变化。
基于系统动力学的舰船装备维修保障体系演化仿真分析
杨春辉, 张烁炜, 胡涛
2021, 16(3): 86-95. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02021
摘要:
  目的  舰船装备维修保障体系的演化是内外因复合作用的结果,在分析其演化动力机制的基础上,依据系统动力学理论,建立舰船装备维修保障体系演化模型,仿真分析系统演化趋势及演化关键因素。  方法  在假设的基础上对模型进行量化,运用Anylogic对体系演化过程进行仿真模拟和敏感度分析。  结果  研究结果表明:舰船装备维修保障体系的演化呈现S型曲线递增趋势,演化初期增长较为缓慢,完成任务的成本较高。随着体系的不断演化,体系整体呈现出能力涌现态势。在体系演化初期需同时加大维修硬件、人员投入比例,在跃升期则需加大人员投入比例。在体系演化中后期,提高维修人员在装备研发与设计中的参与度等举措,可提高投入的边际效益、维修组织的柔性度,也将带来较大的演化收益。  结论  基于系统动力学演化仿真方法可为舰船装备维修保障体系能力评估、重点投入方向提供支持。
结构与装置
填充多胞元抗冲击防护结构动力学特性及防护性能研究进展
赵著杰, 侯海量, 李典
2021, 16(3): 96-111. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02053
摘要:
随着结构防护设计理念的发展,众多新兴的填充多胞元抗冲击防护结构不断涌现。国内外的研究表明,填充多胞元抗冲击防护结构的综合特性相对传统结构有较大改善,其结构的整体优化方向也由传统的线性设计方法衍生出各类非线性及多材料复合设计方法。针对各类填充多胞元结构,从力学性能、破坏模式与防护特性等方面进行论述,归纳各类填充多胞元结构的基础力学理论计算方法和结构响应特性,并对填充多胞元抗冲击防护结构的发展予以展望。所做研究可为填充多胞元抗冲击防护结构的结构形式、优化设计与应用方向等提供参考。
泡沫铝填充I型夹层板尺寸参数对腹板屈曲失效模式的影响分析
邢鹏程, 陈震, 戴广民
2021, 16(3): 112-119. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02029
摘要:
  目的  为掌握面板间距、板厚等尺寸参数对泡沫铝填充I型夹层板腹板屈曲失效模式的影响,需揭示其在面外压缩过程中的承载特性变化规律。  方法  采用非线性有限元法模拟复合夹层板面外压缩过程,其中泡沫铝材料的力学性能参数根据试验获得,在计算模型中由各向同性crushable foam材料模型实现。通过准静态压缩试验与仿真计算结果的对比,验证所采用数值模拟方法的准确性。  结果  结果显示,随着细长比的减小,复合夹层板腹板由屈服破坏转变为塑性屈曲失效,依次经历塑性压缩、低阶屈曲等5种破坏模式;在高阶屈曲下,每当腹板生成整周期变形波,应力曲线均会出现极小值;不同细长比下复合夹层板的压缩强度均在应变为0.12附近出现,且始终维持在9.36 MPa左右。  结论  细长比是影响复合夹层板腹板屈曲失效模式的重要因素,不同细长比的复合夹层板压缩力学性能特征差异明显,在进行复合夹层板结构优化设计时应予以重视。
气垫围裙连接结构数值仿真及改进设计
王露寒, 唐文勇, 徐圣杰, 袁昱超
2021, 16(3): 120-127. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02058
摘要:
  目的  气垫围裙连接结构设计目前多采用经验公式的方法,采用数值仿真方法的较少。针对围裙连接结构的特殊性,提出考虑螺栓连接、多构件复杂接触以及围裙与金属构件相互作用等因素的连接件三维有限元模型构建方法,从而为围裙连接结构设计提供有效的手段。  方法  以气垫船艏部围裙连接结构为例,构建相应的精细化模型,然后根据某气垫船围裙系统静垫升成型结果得到的垫升和极端工况下的载荷,计算围裙受拉后连接结构各构件的应力分布情况,并在此基础上对关键构件提出改进方案。  结果  结果显示,船体板螺栓孔上缘、销轴端部以及铰链的过渡部分为主要的高应力区域;提出的局部加厚以及封闭式搭扣这2类改进方案均使围裙铰链最大平均应力下降20%以上,证明所提结构改进方案可以有效提高铰链的承载能力。  结论  所提数值仿真思路能够有效地对围裙连接结构强度进行计算,提出的改进方案可为设计提供支撑。
一种气垫船结构疲劳分析的简化方法
唐首祺, 刘宁, 任慧龙
2021, 16(3): 128-136. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02103
摘要:
  目的  气垫船的运行原理不同于常规船型的船舶,其受力特殊,速度较后者高出很多,目前世界主要船级社所提出的疲劳强度简化计算方法并不完全适用于气垫船,需要提出一种适用于气垫船疲劳强度校核的简化计算方法。  方法  针对气垫船结构的疲劳强度问题,根据气垫船特殊的结构及航行模式等,结合主流规范、试验及相关研究,从工况确定、载荷计算、累计损伤推导等方面进行分析,提出一种适用于气垫船结构疲劳分析的简化方法,并以某气垫船为例进行算例分析。  结果  简化计算结果显示典型纵骨节点的疲劳寿命均符合疲劳强度要求,算例分析结果表明该方法具有一定的适用性。  结论  所提简化方法对气垫船的研发设计及校核具有参考意义。
考虑声固耦合效应的输流管道声振特性分析
陈德锦, 严谨, 罗杨阳, 黄超, 邹律龙
2021, 16(3): 137-143, 151. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02193
摘要:
  目的  为准确掌握输流管道的声振特性,对其开展数值模拟研究。  方法  首先,基于声固耦合理论建立输流管道数值模型;然后,通过参数化扫描求解管道声振模态的频散曲线,分析弹性壁输流管道内部分别为空气、水和原油时的频散特性以及管道绝对声压应力分布情况,研究管壁厚度、弹性壁和硬声场壁对管道频散特性的影响。  结果  结果显示:管壁厚度对管道弹性波传播模态影响较小,随着管壁厚度的增大,频散曲线向高频偏移,其影响主要在截止频率上;声固耦合的影响使得弹性管道模态数增加,增加的模态数主要是管壁形变模态;弹性壁与硬声场壁管内绝对声压分布情况基本一致;管道内部为液体或气体时其频散特性区别显著,内部为水或原油时频散特性较为相似,不过直通模式有所区别。  结论  研究结果可为舰船的输流管道声波法故障检测提供一定的理论依据。
基于阻抗失配原理的L延拓型船用隔振基座研究
赵新豪, 李源源, 袁昱超, 唐文勇, 薛鸿祥
2021, 16(3): 144-151. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01983
摘要:
  目的  传统基座对振动的抑制能力有限,需要开展新型基座结构形式的研究,以达到提高基座隔振性能的目的。  方法  首先,基于阻抗失配原理构造一种L延拓型结构胞元;然后,对通过直壁胞元和L延拓型胞元延展得到的直壁基座与新型一体化基座进行力学性能的对比分析,并采用轻量化设计新型基座及得到分块化基座;最后,通过改变胞元内L型结构的厚度比例关系,以进一步检验提升新型分块化基座的隔振效果。  结果  研究表明,在基座重量相近的前提下,新型基座在10~250 Hz频段总振级落差较直壁基座提高了40.56%。  结论  研究证明了L延拓型胞元结构对振动波传递有明显抑制作用,结果可为新型船用隔振基座设计提供一定的参考。
高强度钢舱段浮筏基座结构声学设计
侯磊, 董一洋, 耿黎明
2021, 16(3): 152-156. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02139
摘要:
  目的  提出一种同时满足声学阻抗适配和力学刚度匹配要求的高强度钢舱段浮筏基座设计方案。  方法  以某典型浮筏基座为研究对象,采用不与耐压壳体连接的结构形式,调整基座结构参数,通过有限元建模分析,对原始基座和改进基座结构的阻抗特性与固有频率进行多方案计算分析,并对考虑基座影响的耐压船体强度进行校核,获得满足设计要求的浮筏基座方案。  结果  计算结果表明,改进基座阻抗幅值增加,固有频率与设备特征频率的耦合性降低,耐压船体的强度满足规范要求,重量增加在接受范围以内。  结论  该浮筏基座设计方案可为兼顾声学和力学特性的高强度钢舱段内大型基座设计提供参考。
螺旋桨激励下船艉结构振动控制试验研究
蒋圣鹏, 黄子祥, 巫頔, 刘志忠, 张志谊
2021, 16(3): 157-163. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01938
摘要:
  目的  对于船艉结构在螺旋桨激励下的振动控制问题,尝试采用隔振、阻振质量和阻尼涂层3种方法进行振动抑制。  方法  通过振动测试获得轴系−船艉耦合系统的振动传递规律,根据测试结果,针对艉后轴承结构实施振动控制,检验所提3种控制方法抑制振动的有效性。  结果  试验结果表明:受刚度变化限制,轴承座隔振降低中、低频共振峰值的效果有限;阻振质量对限制振动向艉部船体的传播比较有效;阻尼涂层对抑制中、高频振动峰幅值效果明显;3种控制方法的综合应用可使船艉结构的振动加速度总级下降6 dB以上。  结论  所得结果对螺旋桨激励下船艉结构振动控制具有一定参考价值。
基于正交设计的黏滞流体阻尼器性能仿真及参数分析
伍勇, 郭有松, 洪明
2021, 16(3): 164-169, 206. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01872
摘要:
  目的  研究黏滞流体阻尼器工作时的内部流场分布规律、开孔半径、开孔长度、开孔个数以及活塞直径对阻尼系数和速度指数影响的敏感度。  方法  通过正交设计得到参数设计方案,采用FLUENT软件进行流场仿真计算,以得到流场分布规律及各方案的阻尼系数和速度指数,并计算各结构参数对两者的影响程度。  结果  计算结果表明,黏滞流体阻尼器的内部流场分布基本符合平行平板、圆管内的定常层流运动分布规律。各结构参数对阻尼系数和速度指数的影响程度依次为:开孔半径˃活塞直径˃开孔个数˃开孔长度;开孔半径˃开孔个数˃开孔长度˃活塞直径。  结论  采用正交设计并结合FLUENT流场仿真的方法能够最大限度地减少设计方案的数量,可以节约试验成本,缩短设计周期,具有很高的实际应用价值。
机电与控制
竖直上升管内超临界CO2异常传热机理研究
胡娟娟, 李增光, 高一民, 杨建, 刘浪
2021, 16(3): 170-179. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01921
摘要:
  目的  小通道内的换热已被广泛应用于核反应堆与航天发动机冷却等方面。为保证该系统内热力装置安全、高效运行,需系统、深入研究超临界CO2的传热规律与异常传热机理。  方法  通过CFD数值模拟,对不同质量流速下内径为2 mm的竖直上升管中超临界CO2的换热随热流密度与压力的变化规律展开研究,并对传热强化与传热恶化工况下不同截面处径向物性参数的变化规律进行研究,深入分析异常传热机理。  结果  研究结果表明,当质量流速为500~1 000 kg/(m2·s)时,随着热流密度的升高,超临界CO2由传热强化转变为传热恶化,且在传热恶化工况下,随着热流密度的升高,超临界CO2传热恢复区的换热系数峰值有所降低,直至消失;随着运行压力的升高,超临界CO2的异常传热程度均被削弱。通过机理分析发现,在传热强化工况下,超临界CO2的换热在拟临界点附近达到最强, 其主要原因在于管截面上大比热容区流体的份额显著增加;在传热恶化工况下,壁温峰值对应的截面处速度呈“M”型分布,拐点处速度梯度降为0,湍动能也降到最低,导致传热能力变弱。  结论  研究结果对于改善小通道内超临界CO2的传热性能具有一定的指导意义。
超临界水在套管换热器中的流动传热试验研究
刘浪, 李增光, 杨建, 何文强, 王青青
2021, 16(3): 180-188. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01809
摘要:
  目的  超临界流体流动换热具有复杂性,已有的研究大多是基于定壁面温度或者定热流边界条件,而工程实际中多为变热流密度条件下的耦合流动换热。为深入了解相关机理,对超临界流体在套管换热器内的耦合流动传热规律进行深入研究。  方法  设计套管换热器试验段,通过在内、外侧管布置温度、压力测点,采集温度压力数据,分析超临界水在套管换热中的流动与传热特性。  结果  试验分析结果表明,临界点附近物性参数的巨大变化,是导致超临界水换热出现不同于平常换热现象的主要原因;传热段的温度梯度和热物性变化使得峰值换热系数温度与拟临界温度存在差异,且差异随着压力的增加而增大;当主流温度低于拟临界温度时,由于浮力效应同时减小,外管换热系数随内管入口温度的升高而增大;而当主流温度高于拟临界温度时,由于浮力效应不显著,浮力效应几乎与内管入口温度无关。  结论  研究结果对换热器的设计以及超临界流体在套管换热器中耦合流动传热的研究和机理分析具有一定的指导意义。
离心泵口环间隙对外特性和激励特性的影响
魏云毅, 赵存生, 崔哲
2021, 16(3): 189-193. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01832
摘要:
  目的  为分析不同口环间隙对离心泵外特性和振动性能的影响,搭建闭路外特性与激励性能一体化试验平台并开展试验研究。  方法  以某船用立式安装的离心泵作为研究对象,设计7组不同内径的密封环,采用16通道振动加速度传感器对泵体测点的振动信号功率谱进行采集,测试不同间隙条件下的离心泵运行特性。  结果  试验结果表明:随着口环间隙的增加,离心泵的扬程和效率随之下降;口环间隙对单级双吸式离心泵的径向平衡影响较大,并将进一步影响其轴频振动强度;当口环间隙增加时,回流将使离心泵的流体脉动有所增强,并将导致振动能量向高频处集中。  结论  研究成果揭示了离心泵的口环间隙对其外特性和激励特性的影响规律,可为其状态评估和维修工作提供理论指导。
船舶轴系碟簧式纵向减振器动态特性分析
夏极, 李全超
2021, 16(3): 194-199. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01953
摘要:
  目的   为了控制船舶轴系纵向振动,提出采用碟簧式纵向减振器的设计思路,并开展动态特性研究。   方法   首先,对减振器的静刚度特性进行理论分析和实验测试;然后,研究静载荷、激振频率、碟簧组合形式等因素对减振器动刚度特性的影响;最后,将优选后的减振器方案应用于船舶轴系,分析减振效果。   结果   结果表明:所选4片对合碟簧组合的减振器动静刚度比低,动刚度对静载荷、系统激振频率等因素的变化不敏感,为工程应用的较优方案;减振器的应用对轴系纵向振动控制效果明显。   结论   研究成果对船舶轴系碟簧式纵向减振器的工程应用具有参考价值。
舰船电站控制系统的双CPU混成式故障检测技术
卢月, 李维波, 李巍, 李齐, 孙万峰
2021, 16(3): 200-206. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01898
摘要:
  目的  为了提高舰船电站控制系统的可靠性,需解决双CPU热备冗余的通信故障检测这个关键问题,为此提出一套完善的故障检测机制。  方法  基于传统的双CPU故障检测方法,提出由网络故障检测法和第三方监控心跳法相结合的混成式故障检测机制。基于双CPU冗余系统的设计架构,分析2种故障检测方法的软件原理以及工程实现流程。  结果  实物验证结果表明:混成式故障检测技术克服了传统故障检测方法的对象单一、仅针对CPU故障而忽视其外围通信故障,以及“双主机现象”等缺点,提高了故障检测的速度与精确度,可以保障双CPU冗余系统的平稳、可靠运行。  结论  研究成果可为舰船电站控制系统中双CPU冗余通信的故障检测方式提供参考。
电液伺服阀放大器的机内测试技术
袁剑平, 孙寒冰
2021, 16(3): 207-214. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01905
摘要:
  目的   电液伺服阀的工作环境恶劣、测试性设计欠缺,为了提高电液伺服阀的易用性和维修性,需开展机内测试设计。   方法   针对电液伺服阀内放大器的特点,提出一体化机内测试(BIT)方法,开展BIT软/硬件实现和防虚警措施的具体设计,并搭建闭环电液伺服系统进行验证。   结果   试验结果表明,该BIT设计方法可行,实现了在线、快速的故障检测功能。   结论   BIT方法是降低电液伺服系统全寿期维护成本的有效途径,具有一定的工程应用价值。