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2016年  第11卷  第6期

《中国舰船研究》2016年第6期目录
《中国舰船研究》编辑部
2016, 11(6): .
摘要:
[1] 水面舰船破损稳性的概率评估方法…马坤,邹梦瑶,吕振望(1)[2] 主体瘦长度对三体船耐波性和波浪载荷的影响…邓琦,毛筱菲,吴铭浩(8)[3] 指挥台围壳雷达隐身性数值模拟…薛丰利,黄沛霖,罗蒙浩,姬金祖(15)[4] 潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响…胡泊,张均平(22)[5] 有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验…仪修阳,周其斗,吴祥兴(28)[6] 基于CATIA V6的船舶结构建库方法…卢永进,朱进,李涛涛(35)[7] 基于分段动态松弛协同优化算法的船舶机舱结构优化设计…钱杨,王德禹(40)[8] 恶劣海况下船体波浪载荷的统计推断…邱强,陈敏康,潘良,虞昊(47)[9] 轮印载荷下多跨梁最危险工况分析与优化…康杰豪,贺远松,谭开忍,贺梦豪,刘均,程远胜(56)[10] 基于三维点云的加筋圆柱壳体圆度测量及初挠度计算…王海霖,黄祥兵,彭飞,王中(65)[11] 冲击载荷下舰船夹芯舱室结构动态响应及吸能特性…吴林杰,朱锡,侯海量,陈长海(70)[12] 冲击载荷下弹性索波动行为试验装置设计…宋旦锋,卢永锦(77)[13] 基于粒子群算法的螺旋桨侧斜分布优化…黄斌,熊鹰,王波(83)[14] 螺旋桨激振力传递模式下的艇体振动和声辐射分析…武星宇,纪刚,周其斗,黄振卫(90)[15] 浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟…王露,李天匀,朱翔,郭文杰(97)[16] 轴承润滑特性对船舶推进轴系校中的影响…李正民,何琳,徐伟,何江洋(104)[17] 海洋条件下非能动余热排出系统运行特性…李小辉,王畅,谭思超(112)[18] 模型准确性对系统管网泄漏诊断的影响分析…刘倩,张扬,徐新华,谢军龙,王飞飞,严天(118)[19] 基于模型系统工程在全舰计算环境集成框架的应用概览…董晓明,胡洋(124)[20] 舰船虚拟维修仿真应用系统的设计与实现…方雄兵,陈颖,李涛涛,林锐(136)
水面舰船破损稳性的概率评估方法
马坤, 邹梦瑶, 吕振望
2016, 11(6): 1-7,21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.001
摘要:
水面舰船生命力的主要影响因素之一是舰船遭遇不同武器破坏下的薄弱性,而薄弱性主要由破损稳性决定。目前,舰船破损稳性评估主要运用确定性方法,但该方法不能全面评估舰船破损稳性。为了更加客观、全面地评估舰船破损稳性,探讨水面舰船破损稳性评估的概率方法,提出变区间线性插值计算残存概率Si的新方法并开发计算程序。以某水面舰船为例,计算各种破损情况的进水概率Pi以及残存概率Si,并累加所有破损情况PiSi的乘积,得到分舱指数A。研究表明:通过将分舱指数A作为评估指标并考虑不同武器和碰撞的综合破坏效应,概率方法可以实现水面舰船破损稳性定量且整体的评估,能为舰船初步设计阶段主船体的分舱优化以致提高舰船生命力提供一种解决途径。
主体瘦长度对三体船耐波性和波浪载荷的影响
邓琦, 毛筱菲, 吴铭浩
2016, 11(6): 8-14. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.002
摘要:

针对某千吨级三体船母型船,在保持排水量不变的前提下,调查长宽比对运动和载荷的影响,并通过船型变换得到长宽比在12~19之间的6种系列派生船型;应用三维时域Rankine方法软件WASIM对不同长宽比系列船体的纵向运动和波浪载荷进行频响计算,并进一步结合海浪谱分别计算4~6级海况下船体纵摇和升沉运动统计值以及船体剖面弯矩和剪力沿船长单位的分布。分析发现,当主体长宽比从12.27增加至19.16时,纵摇和升沉的最大峰值分别下降了近60%和35%,但剪力和弯矩的峰值则分别增大了2倍和3.5倍。进一步将直接计算的总纵弯矩和剪力与英国劳氏规范相比较,发现6级海况下剖面剪力有义值的计算结果已超过规范的规定。结果表明:主船体的长宽比对耐波性和波浪载荷具有相反的影响,即主体越瘦长,运动响应越小,耐波性越好;但主体越瘦长,总纵弯矩和剪力会大幅增加,对船体结构产生不利影响。因此,在设计之初确定瘦长三体船的主尺度,特别是瘦长度时,应兼顾考虑船体运动响应与波浪载荷的影响。

指挥台围壳雷达隐身性数值模拟
薛丰利, 黄沛霖, 罗蒙浩, 姬金祖
2016, 11(6): 15-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.003
摘要:
对潜艇指挥台围壳在水面航行状态和半潜航行状态下的雷达隐身性进行研究。基于高频法,应用CATIA和MATLAB软件对三元流线型指挥台围壳和传统的直壁式指挥台围壳的雷达散射截面积(RCS)特性进行数值模拟和对比分析,并在此基础上进行雷达发现概率的计算。研究指挥台围壳的探测概率随距离变化的关系和指挥台围壳在2种航行状态下各重点探测角域探测概率的变化关系。研究表明,对指挥台围壳进行三元流线型设计并配合低矮化设计后,能明显改善潜艇指挥台围壳的雷达隐身性。
潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响
胡泊, 张均平
2016, 11(6): 22-27. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.004
摘要:

潜艇艏部目标强度偏大,影响潜艇的声隐蔽性。由目标强度贡献比例曲线发现,艏端耐压舱壁是潜艇艏部目标强度的主要来源。潜艇艏端耐压舱壁主要有(椭)球面和平面2种形状,声波自艏端入射时,刚性平面的目标强度显著高于有一定曲率的刚性椭球面的目标强度。建立了一系列具有不同曲率的椭球形艏端耐压舱壁模型,基于板块元方法分析了艏端目标强度随舱壁曲率的变化关系,并对结果进行对数拟合,再利用BEM数值方法对耐压壳体艏部近场回波进行仿真,得到散射声压云图。计算结果表明:耐压壳艏端舱壁采取椭球面构形能够减弱散射声场的指向性,从而显著降低目标强度(>10 dB)。曲率大于一定程度时,艏端目标强度值趋于稳定。

有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验
仪修阳, 周其斗, 吴祥兴
2016, 11(6): 28-34,39. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.005
摘要:
在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理是关键。天然水域边界条件未知,水文环境复杂,仿真难度高,增加了数据处理难度。采用Matlab和VB混合编程软件AcTUP,分析试验场“沉积层和水位”的选取原则,得到与试验值较为吻合的仿真模型。通过仿真计算,得到固定深度声源的“无因次量纲”参数、固定水深的声源位置及水面粗糙度对试验场声传播损失的影响规律,并基于射线声学理论对试验值和仿真值的偏差进行非相干分析,得到了有限水域试验场的基本声传播特性。
基于CATIA V6的船舶结构建库方法
卢永进, 朱进, 李涛涛
2016, 11(6): 35-39. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.006
摘要:

为提高船舶的研制效率,将知识工程应用于船舶节点构件和结构设计过程中是当前工程应用的热点。基于CATIA V6软件平台,探讨三维设计中船舶结构建库流程和建库对结构设计的重要性,系统分析结构资源数据配置内容和组成,重点说明资源表的具体功能。结合参数化建模和知识工程技术,详细分析结构标准件创建步骤和设计要点。以典型船舶产品的几何结构为基础,建立完整的结构标准件和结构件模板,并实现了工程应用,为船舶结构建库提供了技术支撑和决策支持。

基于分段动态松弛协同优化算法的船舶机舱结构优化设计
钱杨, 王德禹
2016, 11(6): 40-46. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.007
摘要:

基于标准的协同优化算法,针对其对初始点敏感、收敛慢等固有缺陷,将协同优化算法法与混合优化算法及动态松弛法相结合,提出分段动态松弛协同优化算法,并将其应用到船舶机舱结构多目标优化问题中。针对船舶主机舱结构静、动态多学科多目标优化问题,建立主机舱结构的多目标协同优化模型。在Isight优化软件中采用改进的分段动态松弛协同优化算法,对船舶机舱结构进行静、动态多学科多目标协同优化设计,得到优化设计的最优解。优化结果表明,相对于基于遗传算法的协同优化算法,分段动态松弛协同优化算法兼顾了优化的高效性和准确性,对于实际工程中更加复杂的多学科多目标结构优化具有一定的参考价值。

恶劣海况下船体波浪载荷的统计推断
邱强, 陈敏康, 潘良, 虞昊
2016, 11(6): 47-55. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.008
摘要:

介绍恶劣海况下船体波浪载荷(包括波浪和合成弯矩)统计推断的计算方法,并以某一高速排水型船舶作为算例进行计算。首先,按30 min短期海况估算该船的船舯波浪弯矩、砰击弯矩和合成弯矩统计特征值并与测量结果进行比较;其次按4 h海浪稳定假设,给出统计推断;最后,对巨浪海况完成算例船舶的波浪弯矩和合成弯矩的统计推断,并简要分析船体的总纵强度。

轮印载荷下多跨梁最危险工况分析与优化
康杰豪, 贺远松, 谭开忍, 贺梦豪, 刘均, 程远胜
2016, 11(6): 56-64. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.009
摘要:
多种轮印载荷工况作用于船舶多跨梁结构时,找到最危险工况并进行结构优化设计,对于船舶结构的安全校核与降低结构重量有重要意义。提出一种将遗传算法与有限元方法相结合,以多跨梁上轮印载荷的布置位置为设计变量,载荷间的间距大小为约束条件,每一跨的最大弯矩和最大剪力为目标函数,求解任意多跨梁上有多种轮印载荷作用时最危险工况的方法,并根据最危险工况分析的结果调整支座位置,降低多跨梁最大弯矩,并进一步进行构件尺寸的优化设计。计算结果表明:基于提出的多跨梁优化设计方法,能找到每一跨应力满足强度要求的剖面积最小的构件尺寸,且构件尺寸的变化对最危险工况时的最大弯矩与轮印载荷位置几乎没有影响。调整支座位置的优化方案,与支座初始位置方案相比,最危险工况时的最大弯矩降低22.64%,重量降低10.55%,因此支座位置的调整,能有效降低最危险工况时的最大弯矩,从而达到降低多跨梁重量的目的。
基于三维点云的加筋圆柱壳体圆度测量及初挠度计算
王海霖, 黄祥兵, 彭飞, 王中
2016, 11(6): 65-69,82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.010
摘要:
加筋圆柱壳体的圆度是保证其抗压强度的重要指标之一。针对传统圆度测量中基于等分点进行激光测量的方法存在效率低、空间有限条件下操作性差等问题,提出了一种基于三维点云数据的圆度测量及初挠度计算方法。该方法通过自动扫描以获取离散的空间点云数据,然后以点云数据为基础,采用肋位特征点定位、剖面投影以及圆拟合等处理方法,对特定肋位测点的初挠度进行计算。结果表明:该方法与等分测量法获得的初挠度计算结果相吻合,可有效提高圆度测量的效率。
冲击载荷下弹性索波动行为试验装置设计
宋旦锋, 卢永锦
2016, 11(6): 77-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.012
摘要:

针对在冲击波作用下难以对弹性索波动行为进行试验研究且实际试验成本高等问题,提出一种冲击载荷下弹性索波动行为试验装置,装置由加速系统、钢索系统及测试系统组成。根据总体性能要求,探索波动行为特征,确定各部分组成的工作原理和详细构成(载荷和系统等多种参数可以调整),设计相关性能试验验证方法。试验装置在设计的过程中涉及试验原理的选择、试验方法的实现,以及信号处理和图像处理等技术,可为研究钢索应力波行为提供试验基础平台,也可为钢索应力波相关工程应用领域提供技术参考。

基于粒子群算法的螺旋桨侧斜分布优化
黄斌, 熊鹰, 王波
2016, 11(6): 83-89. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.013
摘要:
为了降低螺旋桨激振力,减小螺旋桨对船体的诱导振动,采用粒子群优化算法,结合螺旋桨非定常面元法预报程序,对螺旋桨的侧斜分布进行优化设计。给出侧斜分布的数学表达形式以及粒子群优化算法的数学模型,并以Seiun-Maru HSP螺旋桨为母型桨进行优化设计,得到3种优化方案。其中,最优方案在不损失螺旋桨推力和扭矩的情况下,轴向一倍叶频、二倍叶频推力系数和扭矩系数明显降低,达到了优化目的,即通过改变螺旋桨侧斜分布形式,能够有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能,验证了粒子群优化算法用于螺旋桨侧斜分布优化的可行性,可以实现工程化应用。
螺旋桨激振力传递模式下的艇体振动和声辐射分析
武星宇, 纪刚, 周其斗, 黄振卫
2016, 11(6): 90-96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.014
摘要:
潜艇的艇体结构是潜艇螺旋桨激振力向外辐射噪声的重要通道,而轴系是螺旋桨激振力传递到艇体的必经之路,因此有必要研究潜艇轴系向艇体传递的激振力对潜艇艇体振动和辐射声功率的影响。为此,分别针对螺旋桨轴向激振力、螺旋桨侧向激振力和螺旋桨垂向激振力工况,使用模式分析的方法,将轴系对艇体的作用力分解为互不相关的力传递模式的叠加。建立潜艇结构有限元模型,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,分析单阶力传递模式作用于艇体时艇体的振动和声辐射特性。所做的研究可为分析螺旋桨激振力作用下的艇体振动和声辐射提供一种新的方法。
浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟
王露, 李天匀, 朱翔, 郭文杰
2016, 11(6): 97-103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.015
摘要:
针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩短一半以上,提高了数值计算效率。结合改进算法研究转动圆柱绕流的流场升阻力系数、压力系数、流场速度等流体参数场随转速比的关系,揭示了一定的转动圆柱绕流动力学规律。研究结果表明,改进方法准确可靠。
轴承润滑特性对船舶推进轴系校中的影响
李正民, 何琳, 徐伟, 何江洋
2016, 11(6): 104-111. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.016
摘要:

径向轴承及推力轴承处边界条件的准确建立是船舶推进轴系校中计算的重点与难点。基于流体动压润滑理论,分析不同运行工况下考虑轴颈倾斜的径向轴承润滑特性,将轴承间隙、油膜厚度、支承基座及船体柔性以等效轴段挠度的形式计入轴系校中过程,并与刚性支承、弹性支承模型计算结果进行对比分析;计算因推力轴段转角、支承基座变形而引起的推力轴承附加力矩,并分析其对轴系校中的影响;建立轴承润滑与轴系校中耦合计算方法。结果表明:由径向轴承间隙、轴颈倾斜而引起的支点位置改变、润滑油膜厚度、推力轴承处附加力矩对轴系校中具有重要影响。

海洋条件下非能动余热排出系统运行特性
李小辉, 王畅, 谭思超
2016, 11(6): 112-117. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.017
摘要:

在海洋条件下,非能动安全系统受船舶运动的影响,将产生随时空动态变化的附加惯性力,进而导致系统的运行特性发生变化。基于自编译系统程序,建立适用于海洋条件下非能动余热排出系统运行特性分析的数学模型,分别对海洋条件下六自由度运动状态的系统运行特性进行了计算分析。研究结果表明:摇摆运动会导致系统运行参数发生周期性的波动,并削弱系统的自然循环能力,其中横摇对系统运行特性的影响最为突出;而在横荡与垂荡工况下,尽管海洋条件引入的附加力会引起系统流量波动,但对系统流量的平均值并不会产生影响。此外,研究还表明,在所分析的运动参数谱的范围内,提出的非能动余热排出系统能正常导出堆芯余热。

模型准确性对系统管网泄漏诊断的影响分析
刘倩, 张扬, 徐新华, 谢军龙, 王飞飞, 严天
2016, 11(6): 118-123. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.018
摘要:
针对基于压力敏感性的管网泄漏诊断方法应用中由管网模型误差带来的鲁棒性问题,提出根据量化的模型准确度指标来分析诊断方法的有效性。利用FlowMaster流体仿真软件建立某实际冷却系统管网不同准确度下的水力模型。以该管网的标定模型为基准,采用改进的灰色关联度分析(IGR2)法对各模型与基准模型间各测点压力值的相似性进行评估来计算误差,得到模型准确度量化指标。采用故障诊断成功率(FDSP)计算泄漏诊断的有效性。基于不同准确度的管网模型进行泄漏诊断分析,获得不同准确度模型对泄漏诊断有效性的影响。结果表明,该泄漏诊断法的有效性随模型准确度的增大而提高,当管网模型准确度大于0.75时,故障诊断成功率均处于90%以上,说明该故障诊断方法对模型误差具有一定的鲁棒性。
基于模型系统工程在全舰计算环境集成框架的应用概览
董晓明, 胡洋
2016, 11(6): 124-135. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.019
摘要:

“全舰计算环境”(TSCE)作为当今软件密集型复杂武器系统的典型代表,需要从研制模式上转变传统的系统工程实践,采用基于模型的系统工程(MBSE)解决方案,从以文档为中心转变为以模型为中心,实现系统的快速开发以应对需求和环境的变化。首先,介绍MBSE的发展概况及国内外相关研究情况,然后,结合TSCE集成框架并参考经典的V模型,梳理系统工程过程,初步建立各个阶段与美国国防部体系结构框架(DoDAF)视点或模型的对应关系。重点讨论为了得到合适的TSCE系统模型应该采用的建模规范和标准,主要包括:系统建模语言(SysML)、可扩展标记语言(XML)模式、面向服务架构(SOA)、业务流程模型与标注(BPMN)、军事想定定义语言(MSDL)、联合作战管理语言(C-BML)等。形式化建模方法的应用预期将在构建TSCE集成框架的过程中发挥重要作用。

舰船虚拟维修仿真应用系统的设计与实现
方雄兵, 陈颖, 李涛涛, 林锐
2016, 11(6): 136-144. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.020
摘要:

虚拟维修技术对于舰船、航行器等复杂装备的维修性设计与分析具有重要意义。详细分析舰船维修性设计对于虚拟维修仿真的应用需求,在此基础上提出一种面向舰船维修仿真应用系统的架构,设计该系统的组成及各模块功能。该应用系统架构包括数据层、功能层、接口层及用户界面层4个层次:在数据层,可实现数据的数据库存储和本地存储;在功能层,设计了多个仿真数据管理功能、运动捕获数据处理功能以及可视性、可达性和舒适性等多个高级分析功能;在接口层,提供了与Teamcenter(TC)平台的数据集成功能,可实现从TC下载舰船JT模型至仿真系统中,以及将仿真结果和场景文件等上传至TC;在用户界面层,设计了人性化的系统操作界面,可实现客户与系统之间的友好交互和操作。最后,结合Jack仿真软件,实现舰船虚拟维修仿真应用系统的原型,该原型系统为开展舰船虚拟维修仿真数据的管理与应用以及运动捕获技术在虚拟维修中的应用奠定了基础。

《中国舰船研究》2016年(第11卷)总目次
《中国舰船研究》编辑部
2016, 11(6): 145-148.
摘要:
《中国舰船研究》2016年(第11卷)总目次