基于正交试验法的大型舰船机库机械排烟系统的优化设计

为保证大型舰船机库机械排烟系统的排烟效果,利用正交试验法对多组机械排烟方案进行了数值仿真试验,通过对试验所得数据的极差分析得到了机械排烟系统的最佳配置方案,对比试验验证了机械排烟系统优选方案的有效性。

浮体与系泊系统的耦合动力分析

浮体与系泊系统的耦合动力分析对各种新型海洋平台和海洋结构物的应用具有重要意义。在浮体和系泊系统的时域耦合分析中,研究并提出了一种预报浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的分析技术。考虑瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立浮体的非线性运动方程并求解,其中,入射波力和静恢复力按瞬时物面条件计算,辐射力和绕射力按浮体在瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动来计算;考虑系泊缆索受到的非线性流体动力及大位移,采用三维弹性梁理论将缆索模型化,把缆索看作是等拉伸、等弯曲刚度的细长结构,并采用非线性有限元法对缆索的运动方程进行求解;将浮体的分析方法和系泊缆索的分析方法结合,建立了浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的耦合计算方法;对缆索,使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解;对耦合动力分析方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,并且合理排列和控制求解次序,这样大大提高了计算效率。对系泊浮体的固有周期、各种工况下大幅非线性运动、缆索张力等进行了计算,并进行对比研究,可以看出,该文的方法既适用于缆索小变形条件下,也适用于缆索大变形条件下浮体与系泊系统的耦合动力分析。

舰船装甲防护结构抗弹道冲击的研究进展

高速破片群是舰船生命力的重要威胁,长期以来受到各国海军重视,在抗弹防护方面已开展了广泛的研究。参照舰船装甲防护的发展历程,论文回顾舰船依靠自身金属结构抗弹防护的研究成果,评述非金属材料在舰船抗弹防护领域的研究及应用现状,介绍近年来在使用复合装甲结构提高抗弹性能方面的研究进展,并对今后舰船装甲防护结构的研究及发展方向作了展望。

基于空气涡旋结构特性的舰船通道空气涡塞隔烟方法

根据稳定的空气涡旋结构特性,提出了通道内空气涡塞隔烟的原理及通道内稳定涡旋运动的生成方法。通过理论与仿真模拟,分析了通道涡旋的流场结构特性、空气喷射流的特点,得到通道内涡旋流场的三种典型状态,即部分的空气射流流向烟区、或无烟区、或基本不向两侧喷射,并证明这三种状态均能隔烟,但前两种存在给火灾区增加新鲜空气或增加吸气道空气过滤量的不利情况,第三种状态为最好。由于通道内涡旋的流场是由人工确定的,因此通过控制空气射流参数总可以使流动接近于第三种状态。仿真实验与比例实验证明:该方法隔烟能力强,而且兼顾了消、防(含不助燃特性)两种矛盾之间的要求。

舰船复合材料局部结构细节设计方法

由于复合材料结构具有各向异性、组份复杂、可设计变量多等特性,有效的复合材料结构设计应同时考虑整体结构宏观设计和局部结构细节设计,两者虽密切关联,但在分析方法上存在一定差异。对此,将整体结构简化分析与局部结构细节设计联系起来,重点针对局部结构细节设计方法进行探讨,提出了一种细节设计方法。该方法基于子模型与试验工况模型的对比分析,通过局部结构试件试验对整体结构承载特性进行了综合评价。以某型船复合材料甲板室结构设计为例,通过整体简化模型优化分析确定板架构件尺度参量和铺层设计方案;提取典型局部结构承载形变特征要求,并基于子模型分析技术探讨局部结构细节设计;最后,以局部结构试验验证与考核完成整体结构的优化设计。计算结果表明:该方法能在有效控制设计成本的同时,合理开展复合材料结构设计工作,可供研究和设计者参考。

舰船水下防护结构舷侧空舱内部结构优化

利用LS_DYNA软件,对3种舷侧防护结构在水下接触爆炸下的破坏情况以及爆轰产物在舷侧空舱内的膨胀过程进行了对比研究,重点分析了舷侧空舱内部结构形式对爆轰产物在舷侧空舱内的膨胀过程的影响。结果表明:在舰船水下舷侧防护结构的舷侧空舱内,设置开孔竖隔板结构比设置无孔竖隔板结构更利于泄爆降压;设置"开孔竖隔板+平台"结构不仅利于泄爆降压,而且具有足够的静强度。

水面舰船流噪声基本声场的数值研究

流诱发的噪声主要由流场中的非定常性引起,这种非定常性包括各种尺度的旋涡及湍流引发的脉动。由于流致发声的复杂性,经典声学中一些较为成熟的数值分析方法在解决一个具体的实际工程问题时常常显得不够,CFD技术的发展使得用数值方法处理流致发声问题成为可能。VOF方法和SSTk-ω两方程湍流模型被用于求解水面舰船三维非定常粘性流场,基于Lighthill声类比理论,对船体绕流场的噪声进行了数值计算,并对流噪声的近、远场特性进行了数值分析。研究表明:对近、远场而言,船艉的声辐射要大于船艏,而船舯即横向的声辐射又显著大于船艏艉即纵向的声辐射。

舰船复合材料层合板结构疲劳可靠性分析方法初探

首先,提出了基于应力-强度干涉模型的舰用复合材料结构疲劳可靠性分析方法,即以可靠度指标对舰艇复合材料结构的正常使用安全性加以评价,并将复合材料结构正常使用安全性问题转换为结构在疲劳和环境载荷作用下的损伤与性能退化机理研究以及可靠度计算问题;然后,基于复合材料力学性能的离散特性,进一步探讨了常规安全系数与可靠度的联系;最后,通过算例给出了在已知结构工作应力分布特征和材料疲劳强度特性条件下,如何求解指定服役期间复合材料结构疲劳可靠度的计算方法和计算流程,并对照给出了相应的安全系数,计算得出疲劳可靠度R为0.933。

舰船渗漏航煤管路的复合材料应急修复补强方法设计与试验验证

针对舰船航煤管路应急修复补强技术难度大、安全风险高、适用性数据缺乏的现状,首先在分析了典型航煤管路结构特点、渗漏原因及应急修复补强技术要求的基础上,设计了航煤管路复合材料应急修复补强技术方法,并提出了树脂体系选材和优化路径;然后,基于缺陷管路环向应力、轴向应力补强要求,设计了修复补强纤维层数;最后,制作了6种典型航煤管路渗漏结构模型,并运用上述方法进行了应急修复,随后开展了基体耐油性试验、修复后管路密性试验、强度试验和耐久性评估。试验验证结果表明:该复合材料应急修复补强方法实用可操、安全可靠,能有效解决舰船航煤管路应急修复技术难题。

潜艇高压气吹除压载水舱系统试验与仿真

分析了潜艇高压气吹除压载水舱物理模型特征,建立了高压气吹除压载水舱常规吹除理论模型。应用FLUENT软件中大涡模拟两相流VOF模型对处于理想气体状态的高压气吹除压载水舱过程进行了非定常仿真,分析了常规吹除中出水口流速和压载水舱中气-液体积变化,并与潜艇自航模试验数据进行比较,验证了高压气吹除压载水舱的理论模型。

圆形开口的舰船舷侧舱室通风因子的确定

分析舰船舷侧舱室圆形开口处的空气流动情况,利用不可压缩理想流体的伯努利方程推导出基于圆形开口的舱室通风因子公式。利用Pyrosim数值模拟软件对4组不同半径圆形开口下的舷侧舱室进行火灾模型,将得到的空气流入速率数据与2组公式的计算结果进行比较,发现新推出的基于圆形开口通风因子公式更具准确性,在相同开口面积的空间火灾中,相比矩形开口,圆形开口可为火灾燃烧提供更多新鲜空气。

基于轴功率-航速关系的船舶污损监测法改进

针对现有基于轴功率-航速关系的污损监测法对航行条件限制较多的问题,提出考虑不同浪、风和排水量情况下的船舶航行阻力修正计算方法,扩大监测数据的许用范围。采集两型船的实船航行数据,并进行处理,同等污损条件下计算结果与实际情况对比表明,改进的污损监测法可行,给出实船污损监测评估准则。

非均质系统中主导振动子系统的阻尼辨识法

复合材料以其优越的性能在船舶制造领域应用愈加广泛,钢-复合材料非均质组合系统作为典型的工程结构形式,有着异于单一均质系统的动力学特性.由于实际结构一般较为复杂,试验测试时难以直接确定组合系统中各阶主要参与振动或噪声辐射的子系统组成.为了直观快速地获取复合结构主导参与振动的子系统,从非均质组合系统的主从振动模式和阻尼耗散机理分析入手,结合统计能量分析原理中关于损耗因子的分类描述,对组合系统振动时所表征的阻尼规律进行分析.计算并对比了钢-复合材料组合系统各阶模态内损耗因子,以及分析了其主导振动子系统的能量占比.结果表明:排除声辐射和边界损耗影响后,非均质组合系统的内损耗因子在数值上接近于其主导振动子系统的材料损耗因子,并介于各子系统材料损耗因子极值之间.完成了某典型组合系统的模态识别,验证了运用损耗因子组成规律辨识主导振动子系统的可行性,弥补了试验测试中对复杂非均质组合结构在模态识别方面的不足.

光学系统QTM在两船水池试验中的应用研究(英文)

光学系统QTM是一种有效的非接触式船模运动测量系统,其利用高速相机追踪红外反光Marker球在标定坐标系中的位置变化来解算船模六自由度运动响应,有效克服了对船模自身的运动产生的干扰效应。在空间几何理论框架内,构建了Marker球与高速相机的空间布局分析数学模型,推导获得了Marker球是否位于高速相机视野范围内的判别表达式。研究表明:光学系统QTM适用于两船多种复杂试验工况的运动测试,且具有高效的位置解析度和快速响应能力,在船模运动动态捕捉测量方面具有广阔的应用前景。

高维空间中的舰船装配拆卸路径间隙优化算法

在C-Retraction算法的基础上,针对舰船装配拆卸中的可拆卸单元提出了一种高维空间中的路径间隙优化算法。首先,采用RRTConCon算法规划一条原始路径,将路径以一定的步长进行插补使其有效;然后,通过构建随机方向向量来增大位姿点间隙,并通过改进方法插补新位姿点和删除冗余位姿点来保证路径的有效性;最后,迭代运行该过程直到路径间隙不再增大。仿真实验表明:该算法能够得到可拆卸单元的大间隙路径,提高路径质量。

远距离拖曳式试验系统中航行体运动特性研究

为计算远距离拖曳式试验系统中航行体的运动轨迹和姿态,分别建立了垂直面和水平面运动方程,使用龙格库塔法对方程组进行求解。初始垂荡位移、横荡位移、纵倾角、首摇角、纵摇角速度、首摇角速度对航行体运动稳定性影响较小,初始垂荡速度和横荡速度对航行体的稳定性影响较大。缆绳张紧力越大,航行体的稳定性越好。张紧力超过30k N后,稳定性改善效果不再明显。针对远距离拖曳式试验系统,选择30k N的张紧力比较合适。

水面舰船可调型球艏设计与分析

考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感,为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性,提出可调型球艏设计思路,依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证,根据阻力对比和优化确定球艏静态参数,根据波形计算和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报,将可调型设计方案具体化。计算结果显示,可调型球艏能够实现低速阶段不增速,中高速阶段减阻显著的目标。

黄海海战对我国海军舰艇总体设计的启示

针对参加甲午战争主战场黄海海战中的北洋海军与日本联合舰队的战舰,尤其是从舰艇的总体设计角度出发,剖析了北洋海军舰艇的战斗力,并将之与日本联合舰队的战舰进行了多方位对比。指出北洋海军的舰艇相对日本联合舰队的战舰在总体性能上比较协调,但是部分指标落后,然后结合两支舰队在黄海海战中的具体表现,提出了对当前我国海军舰艇总体设计的启示。

水下潜器采用FBG传感监测系统的模型试验研究

依据水下潜器服役期间耐压船体结构的强度保障需求,以光纤光栅(FBG)原理为基础,结合水下潜器结构特征和工作环境特性,设计了光缆穿舱结构组件,通过穿舱结构耐压试验和模拟工况联调试验,论证了整个测试系统的可行性,为大型水下潜器结构的安全监测及结构状态识别与结构安全评估等进一步的工作奠定了坚实的基础。

舰艇舱室居住性指标体系及其模糊关联评估优化研究

舰艇居住性是总体设计中的重要因素.以往评价居住性主要是依赖人的主观经验,缺乏系统的定量的评价手段,导致居住性设计不能满足艇员的生理和心理的需要,影响舰艇战斗力的发挥.为解决这一问题,以提高工作效率为目的,提出了评价舰艇舱室居住性的指标体系,基于模糊数学的评估方法建立相应的舰艇舱室居住性综合评估模型,对各指标分别进行评价,建立关联度矩阵得出评估值,进行相应优化和改善.由该研究模型得出优化结果,应对舱室空间指标进行优化加强.所提出的指标体系及评价模型可应用于常规舰艇的优化研究.