2017年 第12卷 第2期
2017, 12(2): .
摘要:
[1] 基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析…罗天，万德成（1）[2] 新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能…魏成柱，易宏，李英辉（12）[3] 喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响…钱浩，宋科委，郭春雨，龚杰（22）[4] 两船并行补给过程中耐波性的分析…郑平宇，李鹏，刘敬喜，叶恒奎（30）[5] 舰船人—机—环系统工程研究综述…张玉梅（41）[6] PIV技术在某驳船模型强迫横摇水动力测试中的应用…王晓强，刘怀西，马山，郭春雨（49）[7] 基于CATIA V6的船舶风管数据分析…卢永进，吴波，李涛涛（57）[8] 混合式CRP推进器操舵工况水动力性能数值研究…徐嘉启，熊鹰，王展智（63）[9] 高效翼型舵在潜艇上的应用…周轶美，张书谊，卢溦，何汉保（71）[10] 非均匀来流中加工误差螺旋桨的轴承力数值模拟…于安斌，叶金铭，张凯奇（78）[11] 船舶碰撞机理三维解析法实现及恢复系数研究…刘俊峰，胡志强（84）[12] 球—环—柱组合壳结构的应力特性分析…熊景毅，刘勇，马建军（92）[13] 舰船动力装置多学科集成设计优化方法…曾凡明，刘金林，赖国军（100）[14] 燃气轮机热障涂层高温腐蚀研究综述…刘永葆，刘建华，余又红，贺星，刘莉（107）[15] 基于泵控液压舵机的潜艇深度及纵倾控制…徐超，刘刚，徐国华，李逢园，翟云峰（116）[16] 腹部作业型水下机器人控制系统研制…张玮康，王冠学，徐国华，刘畅，申雄（124）[17] 小水线面双体船五自由度运动建模与仿真…马建文，张安西，周兆欣，郭绍义（133）[18] 维修部位导向的可视性分析方法…方雄兵，李涛涛（137）[19] 舰船建造质量量化评价方法…付森宗，王鸿东，易宏（143）
[1] 基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析…罗天，万德成（1）[2] 新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能…魏成柱，易宏，李英辉（12）[3] 喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响…钱浩，宋科委，郭春雨，龚杰（22）[4] 两船并行补给过程中耐波性的分析…郑平宇，李鹏，刘敬喜，叶恒奎（30）[5] 舰船人—机—环系统工程研究综述…张玉梅（41）[6] PIV技术在某驳船模型强迫横摇水动力测试中的应用…王晓强，刘怀西，马山，郭春雨（49）[7] 基于CATIA V6的船舶风管数据分析…卢永进，吴波，李涛涛（57）[8] 混合式CRP推进器操舵工况水动力性能数值研究…徐嘉启，熊鹰，王展智（63）[9] 高效翼型舵在潜艇上的应用…周轶美，张书谊，卢溦，何汉保（71）[10] 非均匀来流中加工误差螺旋桨的轴承力数值模拟…于安斌，叶金铭，张凯奇（78）[11] 船舶碰撞机理三维解析法实现及恢复系数研究…刘俊峰，胡志强（84）[12] 球—环—柱组合壳结构的应力特性分析…熊景毅，刘勇，马建军（92）[13] 舰船动力装置多学科集成设计优化方法…曾凡明，刘金林，赖国军（100）[14] 燃气轮机热障涂层高温腐蚀研究综述…刘永葆，刘建华，余又红，贺星，刘莉（107）[15] 基于泵控液压舵机的潜艇深度及纵倾控制…徐超，刘刚，徐国华，李逢园，翟云峰（116）[16] 腹部作业型水下机器人控制系统研制…张玮康，王冠学，徐国华，刘畅，申雄（124）[17] 小水线面双体船五自由度运动建模与仿真…马建文，张安西，周兆欣，郭绍义（133）[18] 维修部位导向的可视性分析方法…方雄兵，李涛涛（137）[19] 舰船建造质量量化评价方法…付森宗，王鸿东，易宏（143）
2017, 12(2): 1-11, 48.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.001
摘要:
目的 船舶横摇的准确预报对于船舶耐波性、稳性以及操纵性的研究具有十分重要的意义，但船舶横摇运动受流场粘性效应的影响很大，计算中存在较多非线性因素，因而并不适于常用于研究船舶运动的传统势流理论。为解决这一问题， 方法 采用基于OpenFOAM软件开发的naoe-FOAM-SJTU求解器，分别通过欧拉方法和RANS方法对S60船模典型二维横剖面的强迫横摇进行数值模拟，同时，模拟分析DTMB 5512不同三维船模的自由与强迫横摇运动。 结果 在成功将横摇阻尼力矩的不同成分分别计算出来后发现，其中漩涡阻尼所占的比例最大，摩擦阻尼所占的比例最小，而舭龙骨在一定的横摇角度范围内则减小了横摇阻尼力矩。 结论 该结果揭示了横摇参数对船舶横摇运动及横摇阻尼力矩的影响，对准确预报船舶的横摇运动具有重要意义。
2017, 12(2): 12-21.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.002
摘要:
目的 为了将高速与高耐波性能相结合，上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型，目前已发展出单体、双体和三体船型。 方法 介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点，并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。 结果 数值水池实验结果表明，高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态，船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。 结论 展示了多种创新的船舶设计方案，可为研究人员提供定量和定性的参考。
2017, 12(2): 22-29.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.003
摘要:
目的 喷水推进船舶的阻力性能与常规船舶有着很大的不同，喷水推进器流道的存在会改变船舶尾部流场，对船舶阻力性能有着很大的影响。 方法 以FA1型三体船为计算模型，利用CFD软件STAR-CCM+，将喷水推进器流道看作附体，对比研究安装不同进流角喷水推进器流道前后船舶尾部流场变化。通过对比流道表面压力分布、船体流线的变化，阐述船舶阻力以及阻力成分产生变化的机理。 结果 结果表明：STAR-CCM+可以实现对于船舶阻力性能的预报；喷水推进器进水流道的安装会增大船舶阻力，主要为压差阻力的增大。 结论 对进水流道倾角的优化可以增进喷水推进船舶的阻力性能。
2017, 12(2): 30-40, 48.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.004
摘要:
目的 船舶在并行补给过程中不仅受风浪的影响，还受两船间水动力的相互干扰，会产生比单船运动更强烈的摇荡运动。为研究补给过程中船舶的耐波性， 方法 利用商用水动力学软件AQWA求取补给船与接收船摇荡运动的RAO函数，根据频域的计算结果进行不规则波下的响应幅值预报与时域分析，并采用相关函数的方法求得时域下的有义值。经与谱分析结果进行的比较，发现两者吻合较好。 结果 研究结果表明，两船间的水动力干扰对补给过程影响较大。 结论 所得结果可以避免补给过程中发生危险状况，确保补给作业安全。
2017, 12(2): 41-48.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.005
摘要:
舰船人-机-环系统工程是舰船总体设计中不可或缺的组成部分，其设计原则为安全、高效、舒适、愉悦。首先，总结舰船人-机-环系统的典型特征：长期航行条件下作业环境恶劣；任务复杂、种类多、人力需求量大，对人员协作程度要求高；人机界面信息繁多，舰员的脑力认知负荷高。然后，将舰船人-机-环系统工程的技术体系划分为人机协同、人环协同、人-机-环特征评价和人机工程仿真4个部分，按照舰船人-机-环系统工程的技术发展脉络，即在舰员人体基础特性研究、舰船人-机-环系统工程总体设计应用、舰船人-机-环标准和规范的制订等相互迭代优化的基础上，通过引入海军人力系统集成（HSI）专业工程实现全舰系统的最优化，分别阐述国内外的研究现状。最后，根据技术体系划分，对我国舰船人-机-环系统工程未来的发展趋势予以分析。
舰船人-机-环系统工程是舰船总体设计中不可或缺的组成部分，其设计原则为安全、高效、舒适、愉悦。首先，总结舰船人-机-环系统的典型特征：长期航行条件下作业环境恶劣；任务复杂、种类多、人力需求量大，对人员协作程度要求高；人机界面信息繁多，舰员的脑力认知负荷高。然后，将舰船人-机-环系统工程的技术体系划分为人机协同、人环协同、人-机-环特征评价和人机工程仿真4个部分，按照舰船人-机-环系统工程的技术发展脉络，即在舰员人体基础特性研究、舰船人-机-环系统工程总体设计应用、舰船人-机-环标准和规范的制订等相互迭代优化的基础上，通过引入海军人力系统集成（HSI）专业工程实现全舰系统的最优化，分别阐述国内外的研究现状。最后，根据技术体系划分，对我国舰船人-机-环系统工程未来的发展趋势予以分析。
2017, 12(2): 49-56.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.006
摘要:
目的 为研究船舶横摇过程中粘流场细节以提高横摇阻尼数值模拟精度， 方法 开展了粒子图像测速（PIV）技术在静水强迫横摇水动力测试中的应用研究。首先，采用自制的强迫横摇装置在水池中开展某驳船在不同摇幅和振荡周期下船舶横摇水动力与舭部流场的同步测试。观测舭部粘流场在船体振荡过程中的变化规律，研究横摇阻尼系数随摇幅和周期的变化规律。然后，将模型试验测试结果与计算流体动力学（CFD）软件模拟结果进行对比。 结果 结果表明，CFD预报船舶横摇整体阻尼系数精度较好，但预报的局部流场细节与模型试验测试结果间存在一定的差异， 结论 需在模型试验技术和CFD预报技术上开展进一步研究。
2017, 12(2): 57-62.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.007
摘要:
目的 为深入探索CATIA V6船舶风管设计和相关数据组成， 方法 结合实际工程背景，建立CATIAV6通风系统三维设计方法，分析管附件资源库结构组成和风管放样流程；围绕系统设计各模块组成，指出各模块处理对象和数据储存位置，以明确研究对象。在此基础上，系统阐述基础技术表定义和具体内容，重点介绍其内容扩展性，并针对通风管路三维模型，深入研究底层数据结构。 结果 经分析研究，得到了主要技术表之间的关联性。 结论 研究结果有利于设计者深入掌握通风系统设计，对定制开发可提供理论指导和技术支撑。
2017, 12(2): 63-70, 99.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.008
摘要:
目的 为了研究操舵工况对混合式CRP推进器水动力性能的影响， 方法 采用RANS方法结合SSTk-ω湍流模型计算NACA0012型敞水舵的升力系数，通过与试验数据的对比，选定数值计算的近壁面网格布置和近壁面处理方式。在此基础上，进一步预报偏转工况下吊舱推进器的水动力性能，通过试验对比，表明误差在较小范围内。以混合式CRP推进器为研究对象，采用该数值方法预报操舵工况下该型推进器的水动力性能并予以分析。 结果 研究发现，该型推进器后桨推力、吊舱横向力和操舵力矩均随偏转角的增大而增大，前桨推力基本不随偏转变化。 结论 表明该型推进器操纵性能优良，具有广阔的工程应用前景。
2017, 12(2): 71-77.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.009
摘要:
目的 现代潜艇对操纵面设计的要求越来越高，使得设计者们需要不断研究新的舵型以提高操纵面的效率，而高效翼型舵是提高操纵面效率的有效措施之一。 方法 为此，在比较分析各种翼型优、缺点的基础上，提出一种优化的高效翼型舵，并采用数值计算的方法，比较分析潜艇上应用这种高效翼型舵与常规NACA舵的水动力特性和对尾部伴流场的影响规律，同时在拖曳水池中开展模型测力试验，发现试验结果与仿真计算结果一致性良好，误差不超过10%。 结果 研究结果表明：高效翼型舵的舵效比常规舵高40%以上，但对艇体总阻力的影响则与常规舵相当，不超过4%；采用高效翼型舵带来的升力效益要比其对艇体总阻力的影响大得多。 结论 表明高效翼型舵在提高操纵效率方面优势明显，有着较好的应用前景。
2017, 12(2): 78-83.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.010
摘要:
目的 为研究复合材料螺旋桨的加工误差在非均匀来流中引起的轴承力问题， 方法 基于统计法，人为改变螺旋桨主桨叶沿坐标轴平移和旋转等6个自由度方向的加工误差量。在非均匀来流条件下采用SST k-ω模型和滑移网格技术对具有参数误差量的DTMB P4119螺旋桨进行螺旋桨轴承力计算，通过分析，得到螺旋桨各参数加工误差量对螺旋桨轴承力影响的基本规律。 结果 研究表明：随着各自由度方向加工误差量的增加，垂向和横向轴频轴承力呈近似线性增加的趋势，一阶叶频轴承力变化较小；桨叶在直径、螺距方向的加工误差对螺旋桨轴频轴承力影响较大。 结论 所得结果可以帮助准确预报螺旋桨性能，并为提出更为详细的螺旋桨加工精度准则奠定基础，为该领域后续的研究提供借鉴与参考。
2017, 12(2): 84-91.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.011
摘要:
目的 采用解析方法分析船舶碰撞动力特性较为快速和准确，其中外部动力学分析十分重要。 方法 为此，运用MATLAB程序实现船舶碰撞外部机理三维简化解析方法，计算两艘船舶碰撞的动能损失，并与二维解析方法的计算结果进行比对。在实现船舶碰撞动能损失快速计算解析方法的基础上，讨论碰撞高度、角度和位置对动能损失的影响。此外，还研究碰撞场景对保守恢复系数的影响和保守恢复系数对动能损失的影响。 结果 结果表明：三维解析方法得到的动能损失小于二维解析方法，碰撞高度对于动能损失有明显的影响；简化解析方法中，对于碰撞角度大于90°的场景，恢复系数简单地取0并不安全。 结论 在今后的外部动力学分析中，为了使动能损失的计算值更加准确，可以使用三维解析方法代替二维解析方法。
2017, 12(2): 92-99.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.012
摘要:
目的 球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中，球-环-柱组合型式的球面舱壁结构形式简单，力学性能清晰，建造工艺难度相对较低，具有较好的工程适用性。为了研究球-环-柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性， 方法 结合壳体控制方程，建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法，在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球-环-柱球面舱壁结构强度的影响；结合工程应用，初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念，研究其对结构强度的影响作用，并给出扁平度的建议取值范围，在此范围内，环肋柱壳对球-环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。 结果 研究表明，当球-环-柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时，应力强度性能良好。 结论 所得结果可为球-环-柱结构设计提供参考。
2017, 12(2): 100-106, 115.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.013
摘要:
目的 在充分分析舰船动力装置总体设计研究现状的基础上，指出现有动力装置设计方法中存在缺乏从多学科耦合角度进行仿真和优化，从而制约设计质量提高的问题，有必要开展动力装置多学科集成优化理论、方法及关键技术研究。 方法 建立舰船动力装置多学科集成优化设计系统框架，并对动力装置多学科优化技术、现代设计工具技术、协同仿真、支撑环境、设计软件开发等关键技术进行深入研究。 结果 给出了有效的解决方案。 结论 研究成果能为开展舰船主动力装置多学科集成设计优化提供一定的参考，同时为舰船动力装置设计水平的提高奠定一定的基础。
2017, 12(2): 107-115.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.014
摘要:
目的 为了梳理燃气轮机热障涂层服役过程中的高温腐蚀问题， 方法 对燃气轮机热障涂层腐蚀类型和提高抗腐蚀性能的方法分别进行了归纳分析，并展望了提高热障涂层抗腐蚀性能的发展方向。 结果 经归纳分析，燃气轮机热障涂层腐蚀类型主要包括：陶瓷层高温相变、粘结层氧化、盐雾腐蚀、CMAS腐蚀以及燃料杂质腐蚀。提高热障涂层抗腐蚀性能的方法主要有：发展新的抗高温腐蚀涂层材料、进行涂层表面防腐处理、改变涂层系统结构以及提高燃气轮机辅助清洁功能。 结论 未来开发性能优异的新材料仍是提高热障涂层抗腐蚀性能的主要方向，而改进涂层结构设计、材料纳米化对提升热障涂层抗腐蚀性能有很大潜力。随着陶瓷基复合材料的发展，对涂层的高温腐蚀研究将逐步从热障涂层转向环境障涂层（EBC）。
2017, 12(2): 116-123.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.015
摘要:
目的 针对不同工况、复杂环境下的潜艇运动控制进行研究，解决高性能潜艇的实际控制问题并将其运用于搭建实际液压控制平台。 方法 以潜艇垂直面运动为重点，设计垂直面上纵倾和深度模型的解耦控制。基于泵控液压舵机模型和潜艇垂直面运动数学模型，运用快速终端滑模控制算法，通过仿真和试验对系统进行分析。 结果 结合液压系统模型与非线性控制算法的研究论证了该系统在潜艇垂直面运动控制上的鲁棒性与可靠性。与此同时，对液压舵机滞后、振荡性进行的仿真及试验分析，也表明系统可有效降低滑模变结构控制带来的抖振问题。 结论 该系统在模拟研究潜艇的控制特性问题方面具有工程应用价值。
2017, 12(2): 124-132.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016
摘要:
目的 针对无人水下机器人（UUV）的回收任务要求，研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人（ROV）。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV，其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。 方法 介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理，提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元，PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元，各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型，并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。 结果 单项试验、系统联调及水池试验表明，腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性，能够满足UUV回收任务的要求。 结论 该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。
2017, 12(2): 133-136, 150.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.017
摘要:
目的 为了提高航海模拟器中小水线面双体船（SWATH）的模拟精度，更好地掌握此类船舶的操纵特性， 方法 根据SWATH船型的运动特点，在MMG三自由度模型的基础上，较为完整地计入耦合的纵荡、横荡、艏摇、横摇及纵摇运动，建立SWATH的五自由度运动数学模型。基于此应用模型建立SWATH的实船数学模型，对该数学模型进行微分求解，仿真模拟SWATH的旋回运动、Z形运动，并进行定性分析。 结果 分析显示：仿真模拟结果符合SWATH操纵运动原理及实际运动特征，验证了数学模型的准确性。 结论 该模型可真实反映实船的运动规律，可应用于航海模拟器中。
2017, 12(2): 137-142.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.018
摘要:
目的 针对维修仿真中以人眼为导向的分析方法所存在的不足， 方法 从可视性与可触及性、操作空间等的耦合关系出发，提出一种以维修部位为导向的可视性分析方法。首先，分析传统的以人眼为导向的可视性分析方法的一般流程；然后，在此基础上提出一种以维修部位为顶点生成可视锥的方式来辅助开展可视性分析工作的流程，并对其主要的功能要素进行深入剖析。在Jack仿真软件的基础上，采用Tcl/Tk及Jackscript语言，设计并实现基于维修部位导向的可视性分析功能模块。 结果 应用案例表明，所提出的方法有助于在检查、验证维修部位的可视性时，快速确定虚拟人合适的站位与身体姿态。 结论 该方法对于提升复杂环境下的可视性指标分析验证效率具有较大帮助。
2017, 12(2): 143-150.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.019
摘要:
目的 对舰船建造质量进行准确评价是装备实现既定任务目标的保障。由于舰船建造样本量小、加工类型多样、工艺路线非标准化，长期以来，对于舰船建造质量的研究缺乏数据信息的支撑，通常以定性分析为主。为实现对舰船建造质量的量化评价和有效控制， 方法 针对建造工艺故障的随机性和不确定性，在以功能为导向的质量控制（FOQC）方法提出的工艺-质量参数模型基础上，基于模糊数学理论集成专家评分方法，将顺序关联、串联、混联工艺可靠度计算模型与模糊评分方法结合，提出舰船建造质量定量评价流程和工艺可靠度模糊计算方法。 结果 以某型号舰船轴系齿轮箱安装建造为实例进行计算，验证了方法的可用性和有效性。 结论 计算结果可为关键质量检验点设置及关键工艺控制优化提供参考。
