2017年 第12卷 第3期
2017, 12(3): .
摘要:
[1] 规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究…朱军，刘瑞杰，葛义军，王智宇，黄昆仑（1）[2] 超大型集装箱船参数横摇全面校核与安全评估…马骋远，马宁，王廷昊，顾解忡（7）[3] 基于NURBS的球艏构型参数优化与分析…张文山，卢晓平，王中（16）[4] 基于CFD的双艉客船阻力特性分析…赵丙乾，方昭昭，喻露，陈庆任（23）[5] 基于团队绩效的作战舱室工效评价模型…杨致怡，刘双，廖镇，樊垚（29）[6] 计及风浪环境影响的水面舰船作战能力评估方法…张恒，朱军（36）[7] FORAN导出的JT模型特征节点合并算法…方雄兵（43）[8] 新型水面舰艇防护结构模型制作工艺及装舰可行性分析…郑盼，李永清，朱锡，熊虎（51）[9] 水下非接触爆炸下船体爆炸弯矩简化计算方法…吴广明，陈炜，吴敌，李正国（58）[10] 爆炸波高精度数值计算程序开发及应用…徐维铮，吴卫国（64）[11] 基于ABAQUS的海冰单元开发及冰载荷直接计算法…龚榆峰，张正艺，刘敬喜，董问，解德（75）[12] 基于直接计算的三体船结构疲劳强度影响因素分析…甄春博，王天霖，于鹏垚（86）[13] 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计…周春凯，王威（91）[14] 二回路非能动余热排出系统设计要素分析…张红岩，师二兵，方成跃（98）[15] 舰船轴系纵向减振器参数优化方法…刘金林，赖国军，曾凡明（105）[16] 基于航行阻力优化的近水面机器人减纵摇控制…姚绪梁，孟令卫，牛小丽（111）[17] 柴电混合电力推进船舶负载频率H∞鲁棒控制…李洪跃，王锡淮，肖健梅，陈晨（120）[18] 基于透析膜的高乳化油污水分离特性试验…王良武，李慧子，谢承利，刘喜元（128）[19] 面向体系结构的作战任务剖面建模仿真方法…陈霞（135）[20] 舰船海水管系腐蚀风险分析与综合评估方法…杨光付，裘达夫，潘金杰，滕艳娜，雍兴跃（142）
[1] 规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究…朱军，刘瑞杰，葛义军，王智宇，黄昆仑（1）[2] 超大型集装箱船参数横摇全面校核与安全评估…马骋远，马宁，王廷昊，顾解忡（7）[3] 基于NURBS的球艏构型参数优化与分析…张文山，卢晓平，王中（16）[4] 基于CFD的双艉客船阻力特性分析…赵丙乾，方昭昭，喻露，陈庆任（23）[5] 基于团队绩效的作战舱室工效评价模型…杨致怡，刘双，廖镇，樊垚（29）[6] 计及风浪环境影响的水面舰船作战能力评估方法…张恒，朱军（36）[7] FORAN导出的JT模型特征节点合并算法…方雄兵（43）[8] 新型水面舰艇防护结构模型制作工艺及装舰可行性分析…郑盼，李永清，朱锡，熊虎（51）[9] 水下非接触爆炸下船体爆炸弯矩简化计算方法…吴广明，陈炜，吴敌，李正国（58）[10] 爆炸波高精度数值计算程序开发及应用…徐维铮，吴卫国（64）[11] 基于ABAQUS的海冰单元开发及冰载荷直接计算法…龚榆峰，张正艺，刘敬喜，董问，解德（75）[12] 基于直接计算的三体船结构疲劳强度影响因素分析…甄春博，王天霖，于鹏垚（86）[13] 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计…周春凯，王威（91）[14] 二回路非能动余热排出系统设计要素分析…张红岩，师二兵，方成跃（98）[15] 舰船轴系纵向减振器参数优化方法…刘金林，赖国军，曾凡明（105）[16] 基于航行阻力优化的近水面机器人减纵摇控制…姚绪梁，孟令卫，牛小丽（111）[17] 柴电混合电力推进船舶负载频率H∞鲁棒控制…李洪跃，王锡淮，肖健梅，陈晨（120）[18] 基于透析膜的高乳化油污水分离特性试验…王良武，李慧子，谢承利，刘喜元（128）[19] 面向体系结构的作战任务剖面建模仿真方法…陈霞（135）[20] 舰船海水管系腐蚀风险分析与综合评估方法…杨光付，裘达夫，潘金杰，滕艳娜，雍兴跃（142）
2017, 12(3): 1-6, 15.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.001
摘要:
目的 波浪中纯稳性丧失是第二代舰船完整稳性中稳性薄弱性的衡准之一。针对波浪中大倾斜角稳性计算发散问题， 方法 以静水面坐标系为基准，定义了广义纵倾角和广义吃水变量，推导出物理含义清晰的波面方程。在Froude-Krylov假定条件下，结合AutoCAD二维图形面域计算技术和VBA编程方法，提出了规则波浪中舰船纯稳性丧失的计算方法。针对一艘具有阶梯式甲板的舰船，计算了规则波浪中舰船复原力臂曲线，证明大横倾状态具有一致收敛性。 结果 计算得到了规则波浪中稳性变化规律：纵向波浪中，波面高于甲板或低于船底导致有效水线面消失是稳性降低的主要原因；斜浪和正横浪中，波面相对船体横剖面倾斜引起的不对称性，是稳性大幅度降低的主要原因。 结论 计算收敛一致性表明，基于广义纵倾角定义的计算方法可成为评估舰船波浪中纯稳性丧失的有效手段。
2017, 12(3): 7-15.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.002
摘要:
目的 由于超大型集装箱船在波浪中稳性高的变化较为显著，对其参数横摇校核与安全评估要求较高，因此， 方法 基于参数横摇模式，针对在迎浪中航行的某10 000 TEU集装箱船，对其各个装载状况逐一并逐级进行计算。自主开发基于典型弱非线性三自由度模型的数值预报方法，对不满足第2层衡准要求的载况进行时域模拟，并综合考虑航速、波况的影响，全面探索其可能发生参数横摇的工况。 结果 根据衡准结果，得出相应的安全性评估与规避措施：降低重心高度、适当提高航速、尽量避免船舶横摇固有周期约等于2倍遭遇周期等均能有效避免参数横摇的发生。 结论 对10 000 TEU集装箱船进行的参数横摇全面校核评估能够更好地指导超大型集装箱船的总体设计，提高安全水平，具有较高的工程应用及参考价值。
2017, 12(3): 16-22.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.003
摘要:
目的 设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波，对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能，为此需对球艏构型参数进行优化。 方法 基于球艏参数化表达和NURBS理论，对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算，根据参数优化需要，利用优化算法对定义点进行优化调整后，给出优化船型球艏，并利用CFD软件进行仿真计算，与母型构型进行阻力和波形对比，将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。 结果 结果表明，借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来，方法形象直观，可显著提高球艏构型表示和优化的效率。 结论 该方法简化了整个优化过程，并取得预期的减阻效果。
2017, 12(3): 23-28.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.004
摘要:
目的 随着绿色船舶规范的实施及推进，船舶能效指数，特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息， 方法 基于计算流体动力学（CFD）理论，提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE，对某双艉客船的航行阻力进行计算，探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响，并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。 结果 结果显示，预报误差基本在3%以内。 结论 研究表明，所提方法计算效率高且易于实现，预报精度能满足工程需要，具有较强的工程实用性。
2017, 12(3): 29-35, 85.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.005
摘要:
目的 为了开展多任务作战舱室战位布置设计方案的工效评价研究， 方法 提出一种在设计阶段可实施的布置方案工效预测和评价方法，结合人的模糊认知特性以及多通道资源理论，考虑作战舱室战位间的沟通频率、距离、角度、战位对作战使用的重要隶属度等因素，从通道资源占用或付出努力对工作负荷的影响出发，对通过各因素进行归一化处理后，提出一种基于团队绩效的工效评价理论计算模型。通过开展仿真模拟的团队作业实验，测量团队任务完成时间及完成正确率等指标，并与模型计算的布置方案所支持的团队绩效理论值进行对比分析， 结果 试验结果验证了理论模型的有效性，并能够用于多种作战舱室战位布置设计方案的预测和工效评价。 结论 结果表明该模型可为作战舱室战位布置设计方案的工效评价、优选和优化设计提供一种新的方法与理论基础。
2017, 12(3): 36-42.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.006
摘要:
目的 为在水面舰船作战能力评估中计入海洋风浪环境影响， 方法 在分析风浪环境对水面舰船平台航行性能和武器系统使用影响的基础上，分别建立水面舰船综合作战能力评估指标体系和水面舰船风浪环境适应性评估指标体系，提出基于多属性效用理论和层次分析法（AHP）建立计及风浪环境影响的水面舰船作战能力综合评估方法，并选取国外某驱逐舰为典型算例进行验证。 结果 结果表明，在5级海况下计及风浪环境影响时该舰的综合作战能力约为静水中（0级海况）作战能力的81.5%，量化评估结果与专家定性评估结果趋势一致。 结论 该方法可以较合理地量化评估考虑风浪环境影响的水面舰船综合作战能力，为水面舰船型号论证与研制工作提供技术支持。
2017, 12(3): 43-50, 148.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.007
摘要:
目的 由于FORAN V70 R2.0（及以上版本）输出的JT模型中存在很多同名的特征节点，导致采用间隙分析软件对其进行分析时时间消耗加大且间隙分析结果难以处理。针对该问题， 方法 在研究FORAN导出的JT文件装配结构和蕴含信息（几何信息、材料属性信息等）的基础上，提出一种特征节点合并算法。该算法由坐标变换、模型节点更名、节点几何数据移动和材料属性处理4个步骤构成。然后，利用C++及JT Open Toolkit实现所提出的算法。 结果 结果显示，利用该算法处理后的JT模型只包含1个装配节点且保留了原始JT模型的内在信息，可为后期间隙分析提供有效的输入数据。 结论 大量的实例验证了所提出算法的有效性，处理后的JT文件大小可减少7%~20%。
2017, 12(3): 51-57.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.008
摘要:
目的 为确保研究的新型防护装甲结构在大型舰船上顺利安装，充分提高安装效率以及发挥防护效果，开展了大型舰船新型防护装甲的装舰工艺研究。 方法 以“纳米二氧化硅（SiO2）气凝胶/抗弹陶瓷/高强聚乙烯（PE）/纳米SiO2气凝胶”典型复合装甲为研究对象，对该复合装甲进行模型设计、材料和设备选型以及局部1：1模型制作工艺的研究。探讨新型复合装甲在焊接过程中，高温对高强聚乙烯的响应以及在实船上安装工艺的可靠性。 结果 试验结果表明，焊接所产生的高温对高强聚乙烯无影响。 结论 研究的新型防护装甲安装工艺流程具有可行性、操作性较好、精度可控、质量可检查、可靠性好等特点，是一种可行的装舰工艺方案。
2017, 12(3): 58-63.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.009
摘要:
目的 水下非接触爆炸冲击能引起船体强烈的总纵弯曲运动，威胁船体总纵强度。采用详细的有限元建模进行水下非接触爆炸计算虽然可以获得船体爆炸弯矩，进而计算船体水下非接触爆炸作用下的船体总纵强度，但该方法工作量较大且较为复杂。为此， 方法 提出一种基于梁模型的船体水下非接触爆炸弯矩简化计算方法，运用ABAQUS有限元软件，建立船体详细有限元模型和船体梁简化模型，并分别进行水下非接触爆炸工况下危险剖面的爆炸弯矩计算。 结果 计算结果表明，建立的船体梁简化模型不仅建模简单，而且爆炸弯矩计算精度良好。 结论 所得结果可为水下非接触爆炸下船体爆炸弯矩的快速估算提供参考。
2017, 12(3): 64-74.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.010
摘要:
目的 当爆炸发生在约束空间内部，由于壁面的约束限制，爆炸冲击波的传播和演化特性将更加复杂，其对结构、内部设施及人员的损伤也更加严重。为了研究约束空间内部的爆炸特性， 方法 基于FORTRAN平台，采用三阶WENO有限差分格式，自主开发约束空间内部爆炸波高精度三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、空中爆炸等经典算例，验证所开发程序的可靠性。基于验证的程序，开展约束空间内部爆炸波数值计算，研究密闭空间、泄压空间及连通空间内部的爆炸波传播规律与爆炸载荷特性。 结果 研究表明，所开发的程序能较好地模拟约束空间内的爆炸过程。 结论 该开发工作可为后续研究复杂空间内部爆炸波传播路径、评估爆炸载荷以及合理设计抗爆结构奠定基础。
2017, 12(3): 75-85.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.011
摘要:
目的 随着全球气温的不断升高，北极冰层逐渐融化，开发利用北极航线和北极资源受到国际社会的广泛关注，各国掀起了新一轮的极地船舶建造高潮，而在极地船舶的设计过程中，如何确定船舶冰载荷显得尤为重要。近年来，采用数值方法计算极地结构受到的冰载荷逐渐成为国内外学者关注的重点，而目前的通用商业有限元软件中缺少特定用于模拟海冰力学特性的相关海冰单元，为相关数值研究工作的开展增加了困难。针对这一问题， 方法 结合Reinicke和Remer提出的各向同性海冰失效准则，在ABAQUS二次开发平台UEL上开发用于模拟海冰失效的新型单元。在所开发的单元中引入弹性基础用以模拟浮力和重力的作用。采用典型的斜坡和圆锥结构算例并结合相关规范公式对所开发的新型单元进行验证。 结果 对比二者之间的计算结果发现，直接计算法与规范公式的计算结果吻合较好。 结论 所提出的直接计算法能够为冰区结构设计提供工具和一定的参考。
2017, 12(3): 86-90.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.012
摘要:
目的 针对三体船连接桥部位的疲劳强度问题， 方法 以某型三体船为例，采用三维线性势流理论计算规则波中的船体运动及外部水动压力分布，通过全船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力传递函数，基于线性累积损伤理论，运用谱分析的直接计算法进行各热点的疲劳累积损伤计算，并探讨不同海域、浪向时间分配等影响因素对疲劳损伤的影响。 结果 结果表明，采用中、近海海况并考虑浪向时间分配时疲劳损伤较大。 结论 所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。
2017, 12(3): 91-97.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.013
摘要:
目的 为了提高南极磷虾拖网加工船的捕捞效率，避免拖网内磷虾长时间相互挤压以保护其虾体品质， 方法 提出一种相较于常规南极磷虾尾拖网捕捞效率更高的新型双支架桁杆拖网设计方案。通过系统结构建模方法，对双桁架系统在吊放和作业状态下的受力与结构进行仿真分析，得到拖网绞车与桁杆的距离，以及水平定位钢缆与桁杆距离的限制范围，从而避免双桁架结构的构件发生受力突变，确保拖网钢缆和水平定位钢缆在捕捞作业时的有效性。 结果 仿真结果显示，采用该双桁架系统能够在提高南极磷虾捕捞加工效率的同时确保系统结构的安全性。 结论 该双桁架系统可作为未来我国南极磷虾拖网加工船桁架设计的优选方案。
2017, 12(3): 98-104.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.014
摘要:
目的 为研究二回路非能动余热排出系统（PRHRS）的运行特性， 方法 借助瞬态热工安全分析程序RELAP5，建立主冷却剂系统和二回路非能动余热排出系统的仿真模型。对二回路非能动余热排出系统的3个关键设计要素（设计负荷、应急补水箱及蒸汽侧隔离阀开启速度）开展全部电源丧失事故及单侧主给水管道断裂事故工况下的瞬态计算和对比分析， 结果 分析结果表明：设计负荷需综合考虑系统安全性与冷却速率；应急补水箱向蒸汽发生器注水有利于事故后的初期冷却，而降低隔离阀开启速度可改善系统的启动特性。 结论 计算分析结果可为核动力装置二回路非能动余热排出系统设计提供参考。
2017, 12(3): 105-110.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.015
摘要:
目的 轴系的纵向振动是引起船体振动的重要因素之一，安装纵向减振器能有效减小轴系纵向振动，进而控制船体的振动噪声，但减振器参数的变化会引起轴系振动特性的变化。 方法 以某轴系试验平台为研究对象，建立有限元模型，在直线校中状态下，分析轴系纵向刚度与其纵向振动的关系。在此基础上，建立该轴系纵向减振模型，对减振器参数进行无量纲化，保持减振器质量不变，采用寻优算法求解减振器的优化阻尼值和刚度值。 结果 通过比较轴系纵向减振器参数优化前、后轴系的纵向振动频域响应情况，表明减振器参数优化后可有效减小该轴系的纵向振动。 结论 研究结果能够为轴系纵向减振器参数优化提供理论依据。
2017, 12(3): 111-119.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.016
摘要:
目的 水下机器人(AUV)在近水面航行时，不可避免地会受到海浪的干扰，海浪干扰导致的纵摇和升沉运动不仅会影响AUV的航行姿态，同时也会导致其航行阻力增加，加剧能源的消耗。为实现AUV航行姿态和航行阻力的加权最优， 方法 建立AUV的六自由度模型并进行纵平面运动的线性化。对AUV的纵摇增阻情况进行研究，利用势流理论的方法，推导AUV的纵摇增阻模型。以纵摇增阻为性能指标，确定控制器中的 Q 矩阵和 R 矩阵，并设计减小AUV纵摇的线性二次型控制系统(LQR)控制器。 结果 仿真结果表明，加入LQR控制器后，减垂荡和减纵摇效果分别达到46.64%和77.62%，纵摇增阻减小到原来的1/6。 结论 研究结果显示，基于能量优化的LQR控制可实现纵摇增阻和航行姿态的加权最优，节约能量消耗，增加AUV的续航力。
2017, 12(3): 120-127.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.017
摘要:
目的 风、浪及海流等多种随机不确定因素会引起船舶综合电力系统负载频率的波动。 方法 采用电池补偿柴油发电机组输出功率与船舶需求功率之间的差值，对柴油发电机组进行二次调频控制，保证船舶电网功率平衡，抑制电网频率波动。建立综合电力推进系统频率控制状态空间模型，基于H∞混合灵敏度原理，选取合理的灵敏度与补灵敏加权函数设计鲁棒控制器，采用线性矩阵不等式（LMI）方法对设计的控制器进行求解并进行算例仿真。 结果 系统幅频特性表明，设计的鲁棒控制器具有合理性，短时冲击信号作用下的性能表现满足指标要求。与传统PI控制器的对比结果表明，设计的鲁棒控制器能显著抑制随机扰动引起的电网负载频率波动，减小柴油发电机组与电池的功率变化，电池荷电状态（SOC）变化范围明显缩小，可提高船舶电力系统鲁棒稳定性与鲁棒性能。 结论 该系统在各种工况下都能稳定运行并且使电网频率稳定，同时提高柴油发电机组燃油经济性，减小废气排放。
2017, 12(3): 128-134.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.018
摘要:
目的 超滤技术处理含油废水在工程中得到广泛应用，为了研究基于亲水透析膜的高乳化油污水分离特性， 方法 利用1000号矿油型汽缸油(GB/T 447-1994) 及乳化剂等制备高乳化油污水，搭建小型高乳化油污水分离试验装置，利用流量计、油份检测仪等仪器设备测量不同孔径透析膜组件处理不同温度、不同浓度高乳化油污水原液的效能，并按MEPC.107(49) 决议研究膜组件的抗污性能，以及膜组件频繁自清洗后处理效能的衰减特性。 结果 试验发现0.1~0.45 μm孔径透析膜随着孔径的增加，其处理能力随之增加；且3种膜具有相似的温度-流量特性，即随着温度的增加处理能力先增后减，其中0.45 μm的透析膜在处理55~60℃原液时效能最佳。 结论 研究中形成的各类特性数据对于高乳化油污分离装置的设计、使用操作具有工程指导意义。
2017, 12(3): 135-141.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.019
摘要:
目的 为有效分析作战任务剖面的系统行为和系统性能， 方法 提出一种面向体系结构的任务剖面建模与仿真方法。从体系结构建模出发，基于任务剖面的国军标定义，借鉴DoDAF模型对任务剖面进行描述；建立任务剖面体系结构模型，提出体系结构模型到智能体(Agent)仿真模型之间的转换关系，形成任务剖面可执行模型。 结果 以对空防御任务剖面为例，基于体系结构模型建立了基于Agent的仿真模型，分析了仿真模型的输入输出关系， 结论 可为作战任务剖面设计提供方法指导。
2017, 12(3): 142-148.
doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.020
摘要:
目的 为了开展在役舰船海水管系腐蚀风险分析和探索建立腐蚀风险综合评估方法， 方法 通过对海水管系内腐蚀和外腐蚀源的识别，分析海水管系可能发生的腐蚀模式及其原因。基于海水管系发生腐蚀的可能性及其后果矩阵，建立海水管系腐蚀风险矩阵。提出定量确定海水管系每一种可能发生腐蚀模式评估的指标分值方法。同时，采用层次分析法原理，探索建立海水管系腐蚀风险综合评估模型。 结果 实现了对海水管系腐蚀风险进行定量综合评估。 结论 研究结果表明，综合评估值代表了海水管系腐蚀风险等级和引起的后果。依据海水管系腐蚀风险的综合评估结果，可以实现精准防腐蚀，达到海水管系防腐蚀的经济性、及时性与合理性统一的目标。
