2015 Vol. 10, No. 3

水面舰船雷达波隐身技术与总体设计
ZHU Wei, CHEN Wei, FENG Yang
2015, 10(3): 1-6,56. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.001
Abstract:

具有优良雷达波隐身性能的现代化水面舰船是各海军强国舰艇平台技术研究的重要发展趋势,以往国内舰艇的雷达波隐身技术虽已有初步应用,但层次还较低,舰船的隐身性设计未能形成自顶而下的组织管理体系,总体设计未能充分牵引系统、设备单位的雷达波隐身技术的研究。简要介绍国内、外雷达波隐身技术发展概况,通过对国内护卫舰雷达波隐身技术应用情况的分析,讨论雷达隐波身技术措施对总体设计的影响以及存在的有关问题,提出水面舰船雷达波隐身设计体系和流程,以及雷达波隐身设计和控制程序,并以此指导某型舰的总体设计,可为今后水面舰船开展雷达波隐身设计提供参考。

微颗粒影响螺旋桨噪声及空蚀损伤试验研究
XING Weisheng, XIE Xueshen, JIANG Zhifang, CHEN Darong
2015, 10(3): 7-12,56. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.002
Abstract:

为分析微颗粒对空蚀损伤及噪声的影响,开展不同水质的检测,提出水质的模拟方法,进行不同水质中的振动空蚀噪声试验、旋转圆盘试验以及循环水槽船后螺旋桨噪声的对比试验。结果表明:水中微颗粒含量对空蚀有较大影响,微颗粒含量高,空蚀破坏更严重;微颗粒对螺旋桨无空泡状态的噪声影响较大,可提高螺旋桨噪声的总声级,而对空泡状态下的螺旋桨噪声影响则不大。

桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证
CHEN Yangke, HE Miao, JIANG Zhifang, XIE Xuesen, YANG Xianghui
2015, 10(3): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.003
Abstract:

为减小螺旋桨尾流能量耗散,提高桨舵系统的推进效率,开展桨舵组合式推进器设计研究。首先,基于适伴流设计思想结合面元法编制最大阻力减额的扭曲舵设计程序,获得桨后舵不同展向位置的扭曲角度,并通过与一前端削平的舵球及桨毂光顺连接形成桨舵组合式推进器的设计方案。然后,采用数值仿真分析获得均匀流场中桨舵组合式推进器的水动力性能、压力分布与流场特性等细节,初步验证设计方案的合理性。最后,开展船后桨舵组合式推进器的水动力性能试验,获得不同航速下螺旋桨和舵的水动力性能。试验结果表明,桨舵组合式推进器较原型桨舵推进器的效率在全航速段均有一定程度的提升,在设计工况点提升值达2.7%,证明设计方法正确,设计方案合理可行。

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化
DENG Xianhui, FANG Zhaozhao, ZHAO Bingqian
2015, 10(3): 19-25. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.004
Abstract:

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用iSIGHT 优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD 技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。

Influence of navigation attitude on large ship deck airflow field
WEN Yanshu, DONG Wencai
2015, 10(3): 26-31. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.005
Abstract:
In the research of the aircraft carrier,the airflow field of deck is an important part of combat effectiveness. The main points of the current study of ship airflow field is on the resistance calculation of ship's above water part and the simulation of the pressure field and velocity field,and the study of the airfield vorticity is not fully. This research uses scattering infinitesimal areas to calculate the vorticity. Each infinitesimal area,whose vorticity is worked out,on the cross sections in key positions are used to calculate the overall vorticity and uniformity of the cross sections with the statistics method,and the overall airflow field will be simulated with the Navier-Stokes equation and the FLUENTsoftware. Finally the comprehensive assessment of the large ship will be obtained to compare the cross section's vorticity and dispersion of vorticity. A method of the performance of large ship will also be acquired.
不规则波中船舶参数横摇的概率分析
ZHANG Xiao, YANG Hezhen
2015, 10(3): 32-36. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.006
Abstract:

从概率的角度探讨不规则波中船舶参数横摇的特性。参数横摇伴随着船舶大角度横摇,不仅会降低船舶舒适性,而且当横摇角过大时还会造成集装箱的破坏与落水,带来经济损失。在不规则波中,船舶初稳性高是随波浪而随机变化,参数横摇呈现出非线性和随机性,因而增加了对这一问题的研究难度。采用数值模拟,从概率的角度探讨船舶在不规则随机纵浪中的参数横摇,用频率分布直方图分析不规则波中横摇角的频率分布,并分析横摇角概率分布受运动方程初值的影响。结果表明:不规则波中参数横摇的数值模拟结果会受运动方程初值的影响,不同的运动方程初值会导致不同的概率分析结果,可以选取合适的时间段,以减小初值的影响。

北极航道航行船舶操纵性设计需求分析
HU Xiaofang, CAI Jingbiao
2015, 10(3): 37-44. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.007
Abstract:

随着全球变暖引起的海冰大面积消退,使得北极海上通航逐渐成为可能,而北极航道地形复杂、气候寒冷的特点对航行于该海域船舶的操纵性提出了不同的要求。分析北极航道水域特点和气候环境条件,提出浅水、狭航道、浮冰、气温、能见度和风等因素为开展该航区航行船舶操纵性设计所必须考虑的因素,而由这些因素引起的船舶航行速度的下降也是影响操纵性的因素之一。通过对上述因素的分析,建议在设计船舶时选取更大的舵面积系数,并留取一定的设计舵角余量,同时在设计阶段还应开展多个航速的操纵性计算预报。

Finite element analysis of the failure mode of composite sandwich cylinders subjected to hydrostatic pressure
LI Zhuoyu, ZHU Xi, LI Huadong
2015, 10(3): 45-50. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.008
Abstract:
This paper investigates the failure mode of composite sandwich cylinders subjected to hydrostatic pressure based on ABAQUS software. Firstly, an effective and accurate simulation method is presented using the material and element library of ABAQUS software. Then, separated strength failure criteria for the outer and core material are built referring to TSAIW, Hashin theories, and the fourth strength theory. Finally, influencing factors such as L/R, t/h, t1/t2 and layup angles are analyzed, and the specific effects they exert on cylinders' failure mode are obtained, thus providing the foundation for the optimal design of composite sandwich cylinders.
加肋锥—环—柱结合壳初始几何缺陷形态分析
HUANG Jiaqiang
2015, 10(3): 51-56. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.009
Abstract:

根据加肋锥—环—柱结合壳加工建造过程,分析其中可能产生初始几何缺陷的环节和关键因素。同时参考现行规范,根据大量环肋薄壳结构的建造经验,分别对肋骨与壳板初始几何缺陷的形态进行分析,并与已建模型存在的初始几何缺陷测量值进行对比,进一步验证建造经验的可靠性。结果表明:锥—环—柱结合壳初始几何缺陷主要因肋骨与壳板的角焊缝及壳板之间的环焊缝产生;具有不同半波数的肋骨初挠度以及壳板凹凸度等为典型的初始几何缺陷形态。所得结果可为后续探寻初始几何缺陷对锥—环—柱结合壳力学性能的影响提供参考。

气垫船碰撞冲击动力学响应三维数值模拟
GE Liang, TIAN Zhengdong, YUAN Lihao
2015, 10(3): 57-62. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.010
Abstract:

基于有限元法建立气垫船碰撞数值模型,选取适合于气垫船碰撞的主从面接触算法,模拟气垫船在进、出坞时与舱口栏杆及舱壁碰撞的整个过程。由于气垫船质量与母舰相比极小,因此忽略其对母舰运动的影响,将舱壁及舱口围壁简化为刚性结构。在此基础上,分析气垫船与刚性平面及刚性曲面碰撞过程中的变形损伤、重心位移、重心速度及碰撞力的大小。分析结果表明,气垫船的碰撞过程分为弹性和塑性2个阶段,在塑性阶段产生的损伤具有局部性,且气垫船与曲面碰撞时更易产生横向摆动。

Theoretical model for thick ultra-high molecular weight polyethylene fiber reinforced laminates penetrated by high-velocity blunt-nosed projectiles
CHEN Changhai, XU Wenxian, ZHU Xi, HOU Hailiang
2015, 10(3): 63-69,83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.011
Abstract:
Due to the high penetration-resistance of thick ultra-high molecular weight polyethylene fiber reinforced plastic(UFRP)laminates under high velocities,the whole penetration process is divided into three phases:cratering & mushrooming phase,shearing & compression phase,and stretching deformation phase. By altering the computation method for the cratering & mush rooming phase and the calculation process for the stretching deformation phase,an analytical model is established based on the energy conservation principle to compute the penetration depth of projectiles as well as the ballistic limits of laminates in the case of thick UFRP laminates being penetrated by high-velocity blunt-nosed projectiles. The corresponding computation flow charts are also presented. Moreover,penetration depths of projectiles and ballistic limits of thick laminates under different test conditions are calculated with the model in a correlative order. It is seen that good agreements are obtained between the theoretically values and experimental results. Therefore,the improved model,which considers the projectile initial velocity effects on penetration depth during the cratering & mushrooming phase,can be employed to reasonably predict the penetration depths and can reduce experimental costs,demonstrating both theoretical and engineering values.
基于l1范数最小化的水下圆柱壳振动声辐射预报
YE Zhenxia, DU Kun, QIU Changlin, CHEN Lejia, XIE Kun
2015, 10(3): 70-76,83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.012
Abstract:

基于模态叠加理论,将圆柱壳结构在流体中的响应以真空中振动模态形式展开,通过测点振动速度和模态矩阵建立以模态参与系数为未知量的欠定方程组。利用结构中低频段振动对应的模态参与系数的稀疏特性,采用l1范数最小化法求解基于测点振动所建立的欠定方程组,得到模态参与系数,从而重构结构振动速度场,最终采用边界元法进行声辐射预报。通过单层圆柱壳振动与声辐射实验结果和预报结果进行对比,验证了该预报方法的正确性。在此基础上,研究基于布置在内壳上的测点振动速度重构双层圆柱壳体结构振动和实现辐射噪声评估的可行性,并初步研究了测点数目和位置对预报精度的影响。

双层壳体船舶动力舱结构声学设计优化
XIA Qiqiang, LOU Weifeng
2015, 10(3): 77-83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.013
Abstract:

针对降低双层壳船舶动力舱辐射噪声的需求,对动力舱进行结构声学设计优化。基于结构阻抗增强原理,通过升高肋骨腹板和增加质量抗来增大双层壳结构低阶机械阻抗,并根据壳体优势模态对肋骨尺寸进行优化;为衰减振动波在壳间的传递,引入复合阻波技术,采用阻振质量与粘弹性材料相结合的方法对壳间肋板进行设计;利用FEM/BEM法对动力舱设计前、后振动声辐射性能进行数值计算分析,并开展双层壳模型振动试验。结果表明:应用非均匀阻抗增强环肋和复合阻波技术能有效降低双层壳体船舶动力舱的振动水平和辐射噪声;设计的动力舱具有良好的减振降噪效果,振动水平明显降低,辐射噪声有效减小,是一个性能较好的弱辐射体。

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
LIU Xiangchun
2015, 10(3): 84-91. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.014
Abstract:

海军核动力发展半个多世纪以来,各核海军大国通过陆上模式堆的建设、试验和运行,逐步发展起不同程度的海军核动力技术,陆上模式堆在突破技术、保障进度和积累经验等方面为舰艇核动力装备的发展做出了不可或缺的贡献。在舰艇核动力发展的早期和中期,各国建设的模式堆用于掌握和全面验证核动力技术,为型号应用减少技术风险,模式堆与型号装备之间关系密切,用于不同技术路线的综合对比和演示验证。在舰艇核动力技术发展的中期和近期,模式堆主要起技术验证作用。随着舰艇压水堆技术的日趋成熟,以及计算分析技术的发展,模式堆建设和试验主要用于解决理论上难以掌握和分析的综合性关键技术,而不是简单的、程序性的工程层面型号应用前的全面综合性能验证。目前,陆上模式堆的建设与维持热度有所下降,但在未来新型舰艇核动力系统研发过程中,陆上模式堆仍将是最有效的研发手段之一。

蒸汽动力船舶疏水阀性能试验及选型
YU Hao, LIU Dongmin, CAI Lin, LIU Yuanchun
2015, 10(3): 92-97. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.015
Abstract:

为研究典型疏水阀在蒸汽动力船舶中的适用性,进一步选取适合于蒸汽动力船舶的疏水阀,进行热动力型、热静力型和机械型3类典型疏水阀的性能试验,并对浮球式疏水阀进行抗倾斜性能试验。根据试验结果,总结各疏水阀的工作特点,并分析实船疏水系统在抗倾斜、抗背压及过冷度等方面的需求,给出各疏水阀在实船疏水系统中的适用范围。结果表明:机械式疏水阀的抗背压性能最好;在倾斜状态,自由浮球式疏水阀的疏水量低于杠杆浮球式疏水阀;杠杆浮球式疏水阀可以用于低压连续疏水,圆盘式疏水阀和倒吊桶式疏水阀可以用于过热蒸汽或饱和蒸汽管路疏水,双金属式疏水阀不适用于船舶蒸汽动力系统。

船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性数值模拟
HAO Jinyu, ZHANG Xiaobin, YANG Yuanlong
2015, 10(3): 98-101,107. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.016
Abstract:

船用蒸汽蓄热器是在极短时间内实现从较大流量供汽能力向极大流量供汽能力转换的关键设备,对船舶蒸汽动力系统安全稳定运行具有重要影响。以船用蒸汽蓄热器为原型,建立三维物理模型,采用两流体模型计算放汽过程中的闪蒸规律,利用标准k-ε 方程计算蓄热器湍流脉动形式,并引入指数压降放汽边界条件,进行船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性的数值研究。计算结果表明:在放汽起始阶段,蒸汽蓄热器出现了“虚假水位”;放汽过程后期,在蒸汽蓄热器水空间呈现涡流现象,形成了汽水自然对流循环,加强了汽水湍流脉动及沸腾传热效果,其模拟计算结果与试验数据基本吻合。

大型舰船集成式冷媒水系统优化设计及试验
LENG Jun, ZHANG Wei, MA Jun
2015, 10(3): 102-107. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.017
Abstract:

针对某大型舰船空调装置集成式冷媒水系统普通空调用户与特殊空调用户并联运行时存在流量分配困难的问题,提出支路双流量并联运行的优化设计方案,采用FlowMaster软件计算系统的沿程阻力和流量,构建集成式冷媒水系统模拟试验平台,进行特殊空调用户低负荷运行与高负荷运行时管网的水力特性试验研究,比较采用支路双流量并联运行方案前后普通空调用户和特殊空调用户的流量分配情况。试验结果表明:采用优化方案后,特殊空调用户在高负荷和低负荷工况下运行时管网各用户可基本保持水力平衡,艏艉流量比较合理,满足用户需求;而在低负荷工况不采用双流量并联运行限流方案时,特殊空调用户支路流量远大于所需流量,艏部的普通空调用户支路流量均低于设计流量的50%。理论和试验研究结果说明,在特殊空调用户支路上采取双流量并联运行方案可有效解决大型舰船集成式冷媒水系统不同运行工况下的流量平衡问题,并且具有高效节能的特点。

复杂船舶围壁的传热多项式传递函数辨识
LI Weiguang, YANG Haiyan, LI Li, LI Anbang, XU Xinhua
2015, 10(3): 108-112. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.018
Abstract:

目前关于复杂船舶围壁的动态传热研究较少,且缺乏较为完善的动态传热计算方法。复杂船舶围壁结构因不规则,其传热传递函数很难通过理论推导得出。构造复杂船舶围壁的多项式传热传递函数,以该围壁的频域有限差分(FDFD)模型计算的频域热特性为参考,采用参数辨识算法辨识多项式传递函数的系数。多项式传递函数的频域热特性与FDFD模型计算得到的理论频域热特性能很好地吻合,结果表明通过辨识得到的多项式传递函数可以很好地反映船舶围壁的动态热特性,可以用于船舶复杂围壁的动态传热计算。

舰船用非金属材料污染散发特性及检测评价研究进展
XU Dehui, YU Tao, CHEN Liang, ZHOU Aimin, SHEN Xudong
2015, 10(3): 113-120. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.019
Abstract:

舰船大量使用的非金属材料是舱室空气污染的主要来源之一。合理的非金属材料污染散发检测评价方法可有效指导舰船设计、建造、使用和维护期间的非金属材料选用,降低舱室空气污染散发,改善舱室空气品质。从舰船用非金属材料的散发特性出发,全面总结舰船用非金属材料散发特性的检测评价现状,指出当前我国舰船用非金属材料污染散发检测评价存在的不足和发展方向。该研究对舰船及其他人工环境相关规范和控制程序的制定与改进具有指导意义。

基于0-1 整数规划的舰船内集装物资存放方法
YU Hui, WANG Zhiguo, LI Jingjing, YE Youdong, HAN Hairong
2015, 10(3): 121-126. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.03.020
Abstract:

为了快速方便地制定存放舰船内部集装物资的方案,针对物资存放问题的特点,提出基于0-1整数规划的舰船内集装物资存放方法,包括问题的形式化描述、一般目标函数、约束条件、基于AHP的集装物资价值量评估方法、基于0-1整数规划的数学模型以及加速该模型计算的建议。最后,通过实例的规划求解和运用CAD进行布置,证明了0-1整数规划方法的有效性。