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2021年 第16卷  第6期

2021 年 6 期目录
2021, 16(6): 1-2.
摘要:
总体与性能
有向通信拓扑下海上无人集群分布式编队控制
侯岳奇, 梁晓龙, 张诺, 陶浩, 龚俊斌
2021, 16(6): 1-9, 33. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02092
摘要:
  目的  为解决海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制问题,对无人艇(USV)和无人机(UAV)集群编队跟踪控制问题进行研究。  方法  采用内/外环分层编队控制结构进行系统建模,利用离散时间系统对海上无人集群编队控制问题进行描述,以提高编队控制方法对异构集群的兼容性和实用性。基于虚拟领航者思想,采用基于邻居位置和速度误差反馈的分布式编队控制协议,给出海上无人集群能够实现期望构型和航迹跟踪的充要条件。  结果  仿真结果表明,当通信拓扑存在有向生成树,且在控制协议参数和控制器更新周期满足给定约束条件的情况下,海上无人集群能够实现稳定的编队控制。  结论  所提方法能够适用于海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制,具有一定的应用价值。
密集障碍物下无人艇模糊双窗口DWA避障算法
张金泽, 赵红, 王宁, 郭晨
2021, 16(6): 10-18. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02095
摘要:
  目的  旨在研究密集障碍物海况下无人艇的自主避障问题。  方法  为此,提出一种基于模糊推理的改进型双窗口动态窗口法(DWA)避障算法,即在常规速度窗口的基础上设计基于艇载传感器的感知窗口,构成双窗口模型以进一步优化约束速度空间,然后根据障碍物的分布,动态调整评价函数权值。  结果  仿真实验结果显示,相比原始DWA算法,改进算法在未知密集障碍物海况下规划的路径更加合理、光滑,可避免无人艇从密集障碍物群外绕行,同时确保了避障航行安全性,迭代次数和运行时间可缩短20%以上。  结论  研究成果对无人艇自主避障技术发展具有较为明显的科学价值和实际意义。
基于DDPG算法的游船航行避碰路径规划
周怡, 袁传平, 谢海成, 羊箭锋
2021, 16(6): 19-26, 60. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02057
摘要:
  目的  作为船舶航行安全的核心问题,若船舶避碰完全依赖船长的个人状态和判断将存在一定的安全隐患。为了统筹关键水域上所有船舶(游船、货船等)并进行路径预测,需要建立防碰撞预警机制。  方法  利用深度确定性策略梯度(DDPG)算法和船舶领域模型,采用电子海图模拟船舶的航行路径,提出基于失败区域重点学习的DDPG算法改进策略,并针对游船特点改进的船舶领域模型参数等改进方法,提高航线预测和防碰撞准确率。  结果  使用改进的DDPG算法和改进的船舶领域模型,与未改进前的算法相比,船舶避碰正确率由84.9%升至89.7%,模拟航线与真实航线的平均误差由25.2 m降至21.4 m。  结论  通过基于改进的DDPG算法和改进的船舶领域模型开展船舶避碰路径规划,可以实现水域船舶航线监管功能,且当预测航线与其他船舶存在交会时,告警调度人员,从而实现防碰撞预警机制。
基于多约束二维排样的舰载机最大密度布列算法
林信海, 杨大鹏, 巩常兰, 李文学
2021, 16(6): 27-33. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02022
摘要:
  目的  采用多约束条件下的二维排样算法解决舰载机最大密度布列问题。  方法  梳理出最大密度布列的约束条件,然后以最低重心NFP算法为基础,提出距离约束的数学模型及处理策略,并利用启发式靠边定位算法来处理超边界约束,最后分别形成飞行甲板和机库最大密度布列的算法。  结果  利用该算法得到“尼米兹”航母可最大密度布列F/A-18C或F -35C飞机的数量,以及F -35C飞机的布列因子,与美军相关文献公布的舰载机布列数据基本吻合。  结论  利用该算法可快速得出舰载机的布列因子,可指导新研舰载机的布列适配性设计。
考虑多目标的舰载机保障人员配置优化
杨杰, 余明晖, 彭雅欣, 苏厚胜, 杨大鹏
2021, 16(6): 34-44. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02019
摘要:
  目的  舰载机保障作业是舰载机出动回收流程中最为关键的环节,通过合理配置保障人员,能够提高舰载机机群的保障能力和出动架次率,从而提高航母的综合作战能力。  方法  针对舰载机保障作业的人员配置问题,结合实际的复杂作战环境,基于舰载机机群保障完成时间、保障人员负载均衡性和累计转移时间,建立多目标的保障人员数量和技能配置的数学模型,并设计整数编码方式和基于事件调度策略的解码方法,提出一种基于改进的NSGA2的人员优化配置算法进行求解。  结果  仿真结果显示,该算法能够对所建立的数学模型进行有效求解,仿真结果满足实际作战需求。  结论  采用改进的NSGA2算法,结合舰载机保障流程、人员数量和技能配置问题,能够给出多目标优化后的舰载机保障方案。
强化学习模式下舰船多状态退化系统的维修策略
程俭达, 刘炎, 李天匀, 初云涛
2021, 16(6): 45-51. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02129
摘要:
  目的  舰船的船体结构、武器装置及动力设备等系统在服役期间的性能退化将增加全寿命周期的运行风险,故须根据实船退化情况开展视情维修策略研究。  方法  基于马尔科夫链建立多状态退化系统模型,利用强化学习方法训练产生维修策略的代理,在自适应学习过程中得到最优维修策略。  结果  某船舶结构退化系统的验证结果表明,该方法可以在考虑系统实际退化状态下实现最优维修策略的快速响应,为决策者提供视情维修策略的智能化辅助决策工具。  结论  舰船视情维修策略与强化学习相结合是一种提升舰船装备维修决策技术水平的可行方法。
基于多智能体的舰载雷达可靠性、维修性及保障性评估方法
丁善婷, 王淼, 董正琼, 周向东, 聂磊
2021, 16(6): 52-60. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02333
摘要:
  目的  为从宏观及微观角度建立考察多维指标舰载雷达的可靠性、维修性、保障性(RMS)评估模型,查找制约其效能发挥的薄弱环节,提高任务的成功性,确立基于多智能体的RMS仿真评估建模总体思路。  方法  首先,对雷达运行状态及内部结构进行分析,建立“任务−装备−保障资源”的RMS评估模型,并将其映射成不同智能体类型;然后,基于多智能体技术,对装备袭运行状态的动态变化、维修保障机制和评价指标输出进行建模,确立基于多智能体的雷达RMS仿真评估系统。最后,以某型相控阵雷达天线阵面为例,开展RMS评估仿真建模与分析。  结果  仿真得到天线阵面任务成功率和与RMS相关的评估参数,证明了基于多智能体的雷达装备仿真评估方法的可行性。  结论  所提评估方法可为舰载雷达装备的RMS设计改进奠定基础,以及其他舰载装备的RMS评估研究提供参考。
基于云模型的舰船战备完好性评估方法
彭辉, 姜强, 邓建辉, 王岩磊, 范敏, 宋斌
2021, 16(6): 61-71. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02337
摘要:
  目的  针对现有的舰船战备完好性评估方法已无法满足海军任务保障需求这一问题,提出基于云模型的新型评估方法。  方法  首先,在指标确定过程中,基于合作博弈权重方法,将层次分析法、熵权法和灰色关联度法所计算的权重进行合作博弈,从而拟合得到组合定权重,并引入变权重理论对定权重进行修正优化;然后,引入云模型理论,利用云相似度替代隶属度,设计基于云模型的模糊综合评估模型;最后,以舰船对空防御任务为例,评估舰船战备完好性。  结果  仿真结果表明:变权重模式下,基于云模型的模糊综合评估结果可以更准确地反映实船战备状态。  结论  研究成果可为舰船战备完好性评估提供参考。
基于案例推理的舰船计划维修费用预测方法
林名驰, 王成宇, 唐政
2021, 16(6): 72-76. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02294
摘要:
  目的  针对舰船维修费用精准预测的新要求,提出一种基于案例推理的舰船计划维修费用预测方法。  方法  首先,对各型舰船主要特征属性组成的特征向量及其维修费用进行案例表示;然后,采用基于加权欧氏距离的K 近邻(KNN)算法进行案例检索,并引入粗糙集理论中属性重要度的概念;其次,将检索案例与目标案例之间的相似度作为调整系数,并结合组合预测思想进行案例修正;最后,将预测得到的最新案例增加至案例库中,不断积累案例库数据。  结果  该方法和线性回归预测法,径向基函数(RBF)神经网络法与某实船维修数据的对比结果表明,其预测平均相对误差分别为8.7%,10.4%,10.2%,验证了基于案例推理的预测方法的准确性和有效性。  结论  研究成果可为舰船维修费用计划的制定与拨付提供参考。
舰船装备计划修理激励金设计
魏华, 王翀
2021, 16(6): 77-83. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02298
摘要:
  目的  旨在解决舰船装备计划修理一直采用定价成本加5%利润的成本加成定价方法且未与质量、进度挂钩、以及难以全面激励承修单位提升修理效益的问题。  方法  选择成本、质量、进度作为激励因素,将成本区分为固定和激励约束两部分来设计成本激励金,剔除甲方造成的拖期设计进度激励金,以及根据舰船装备计划修理特点建立质量特性评价指标体系,以此设计质量激励金。  结果  算例分析结果表明,承修单位通过成本、进度、质量激励金获得合理的利润激励,综合绩效较好的项目可以突破5%的利润率限制。  结论  通过建立此激励金,可有效促使承修单位控制成本、提高质量、加快进度,对完善装备激励定价机制、提高舰船装备计划修理效益具有重要的现实意义。
船舶领域粒子图像测速技术的发展及应用
郭春雨, 徐菁菁, 韩阳, 王超, 郐云飞
2021, 16(6): 84-91, 150. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02104
摘要:
对粒子图像测速(PIV)技术的研究发展进行综述,梳理了PIV图像处理中速度场计算的各种方法及其研究进展。重点关注PIV在船舶实验测试中的应用现状,从水面船舶和水下航行器绕流场及船舶空气流场的应用3个方面进行阐述。最后,对PIV技术在船舶流场测试中的发展趋势进行展望,重点指出了测速硬件系统、图像处理技术以及船舶流场研究等方面所存在的问题,并对船舶流场测试技术发展提出了建议。研究成果对船舶流场研究及其性能优化具有参考和借鉴意义。
不同外形声呐的水动力及流噪声数值模拟分析
邓云, 傅何琪, 广超越, 陈威, 林永水
2021, 16(6): 92-98. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02051
摘要:
  目的  为降低传统圆形声呐外表面流噪声,设计3种不同外形(圆形、椭圆形以及方形)的声呐,并对其外表面的水动力特性和流噪声进行研究。  方法  基于Fluent中的标准\begin{document}$k - \varepsilon$\end{document}湍流模型和Lighthill声类比方法,分析3种不同外形声呐外表面的流场和声场。  结果  结果显示:方形声呐的升力系数幅值和阻力系数均值最大,其次是圆形,椭圆形最小;各声呐方案的水动力特性之间的差异是因边界层分离点及尾涡的不同所致。对比流噪声结果发现,圆形声呐的总声压级最大,椭圆形声呐最小。圆形和方形声呐呈现了“正8字”的偶极子声源特性,声辐射最大值垂直于来流方向;而椭圆形声呐呈现“倒8字”的偶极子声源特性,最大值在水平来流方向。  结论  椭圆形声呐可以替代传统的圆形声呐,结果可作为声呐外形设计的参考。
武器与电子信息系统
基于SAC算法的作战仿真推演智能决策技术
王兴众, 王敏, 罗威
2021, 16(6): 99-108. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02099
摘要:
  目的  现有作战推演仿真系统主要基于作战规则和经验知识作决策,但存在应用场景有限、效率低、灵活性差等问题。为此,提出一种基于深度强化学习(DRL)技术的智能决策模型。  方法  首先,建立仿真推演的最大熵马尔科夫决策过程(MDP);然后,以actor-critic (AC)体系为基础构建智能体训练网络,生成随机化策略以提高智能体的探索能力,利用软策略迭代更新的方法搜索更优策略,不断提高智能体的决策水平;最后,在仿真推演平台上对决策模型进行验证。  结果  结果表明,利用改进SAC决策算法训练的智能体能够实现自主决策,且与深度确定性策略梯度(DDPG)算法相比,获胜概率约提高了24.53%。  结论  所提出的决策模型设计方案可以为智能决策技术研究提供理论参考,对作战仿真推演具有借鉴意义。
自主飞行声呐浮标关键技术及作战样式分析
孙宁, 马沙沙
2021, 16(6): 109-115. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02096
摘要:
自主飞行声呐浮标是一种能够在管内发射并具备自主飞行能力的声呐浮标,其使传统声呐浮标摆脱了对造价高昂的空中投送平台的依赖,可适装于各类中小型水面舰艇、无人艇平台,并满足对水下战场态势远距离快速感知的作战需求。介绍无人机管内发射技术和声呐浮标技术的发展现状,提出自主飞行声呐浮标的设计思路,总结自主飞行声呐浮标集群作战的关键技术,包括集群控制、集群智能决策、组网探测等,分析自主飞行声呐浮标集群在广域协同探测、多源信息保障、辅助作战效能评估等方面的作战样式,结果可为自主飞行声呐浮标集群的论证、设计、应用提供借鉴。
极低频发射系统关键技术的研究与实现
刘勇, 查明, 饶斯韬, 李纵, 李文彬
2021, 16(6): 116-123, 182. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02018
摘要:
  目的   发射可覆盖我国领土和主要领海的高信噪比极低频信号可为开展地下资源探测和地震预报等探索性研究及工程试验研究提供辐射信号服务。   方法   论述水平低架天线辐射极低频信号的基本原理,介绍极低频发射系统的组成,研究极低频大功率放大、水平天线调谐、强电磁场集散检测控制等关键技术,研制构建世界首个民用极低频发射台,并开展数千公里远距离场强测试。   结果   结果表明,极低频信号可覆盖我国国土和主要领海,比天然源信号高出10~20 dB,探测深度可达10 km。   结论   研制的极低频发射台可为地质探测、地震预测跨学科研究提供新的公用性、开放性服务平台,将推动我国低频无线电、空间物理和地球物理等基础学科的发展。
基于自适应深度约束的水下双目图像特征匹配
田嘉禾, 王宁, 陈廷凯, 李春艳, 陈帅
2021, 16(6): 124-131. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02197
摘要:
  目的  针对水下双目图像特征点稀疏、极线约束模型失效等难题,提出一种基于自适应深度约束的水下图像特征匹配(ADC-UFM)算法。  方法  结合FAST算子与SIFT描述子,提高图像匹配精度;提出基于水下折射因子的特征匹配约束模型(MCM),有效剔除误匹配点;提出自适应阈值选取(ATC)方法,最大限度地保留复杂水下环境下的图像特征信息。  结果  实验结果显示,ADC-UFM算法优于现有的SIFT,SURF和UCC-SIFT等典型方法,匹配准确率可达85.2%,满足实时匹配需求。  结论  研究成果可为基于双目视觉系统的水下三维重建提供关键技术支撑。
结构与装置
反馈式多线谱主动隔振控制算法研究
张庆伟, 俞翔, 杨理华
2021, 16(6): 132-139. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02107
摘要:
  目的  针对振动控制中多频激励的传统自适应滤波算法控制效果不佳,以及工程中传感器不易安装和通道耦合等原因导致参考信号失配的问题,提出一种反馈式多线谱控制算法。  方法  首先,使误差信号通过级联自适应陷波器,并根据自适应算法更新陷波器参数来估计多个信号频率;然后,合成各参考信号,对相位进行补偿,通过Hilbert变换得到另一路参考信号; 最后,进入并行控制器完成幅值更新,实现振动控制。  结果  仿真和试验结果表明,该算法能够精确估计频率信息,合成可靠参考信号,对30,37,60和110 Hz线谱均取得了20~40 dB能量衰减。  结论  该算法较好地解决了振动控制中参考信号失配和多线谱振动的问题,有效减弱和抑制了低频振动能量传递。
载重轮胎的轮印载荷分布特性试验研究
何市伟, 刘晖, 张梗林, 王德禹
2021, 16(6): 140-150. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02121
摘要:
  目的  旨在探究轮印载荷在加筋板上的分布特性。  方法  首先开展不同载荷工况下的加筋板轮压试验,获取载重轮胎与铝合金加筋板的接触面积和接触压力的变化形式,总结轮印载荷的基本分布规律。其次,通过试验数据和结果分析提出轮印载荷分布特性的二次多项式表达形式,并给出不同载荷下多项式参数的确定方法。最后,对比分析加筋板数值仿真与试验的应力响应结果。  结果  获得了载重轮胎在甲板上的载荷分布规律和表达方法。验证了所提轮印载荷分布形式的合理性。  结论  研究有助于对轮印载荷分布特性的理解,并对工程实际应用具有一定的参考意义。
基于强度分析的耐内压方形舱优化设计
郭雨, 袁昱超, 唐文勇
2021, 16(6): 151-158. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02115
摘要:
  目的  为了使船用耐内压方形舱同时满足强度和轻量化的设计要求,将神经网络代理模型与多种启发式智能优化算法相结合,对耐内压方形舱室结构构件形状和尺寸进行优化分析。  方法  选取方形舱室角隅倒角半径、板材板厚、骨材型号等作为设计变量进行三维参数化建模,根据最优拉丁超立方试验设计方法选取样本点并计算响应值,从而构建径向基(RBF)神经网络代理模型。将该代理模型分别与自适应模拟退火算法 (ASA)、多岛遗传算法 (MIGA)和粒子群算法 (PSO)这3种启发式优化算法相结合,进行全局寻优。  结果  结果显示,3种混合优化方法均能在满足许用强度要求的基础上减轻结构重量;RBF-ASA法在全局中寻求到的最优解具有相对较好的减重效果。  结论  所做研究可为耐内压方形舱室结构优化设计工作提供参考,对于攻克船舶运用核动力装置所面临的关键技术问题具有重要意义。
复杂船体结构拓扑优化中最小稳定拓扑板厚的快速确定方法
朱俊侠, 吴嘉蒙, 刘亚冲, 高明星
2021, 16(6): 159-165. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02055
摘要:
  目的  船体结构拓扑优化的设计域通常是基于二维板壳单元,而设计域板厚的取值差异又会对体积分数约束值的设定以及稳定拓扑构型的获得带来影响,进而制约拓扑优化方法在船体结构设计领域的实用化,故需要开展相关研究予以解决。  方法  以VLCC油船货舱内的横向强框架为优化对象,提出一种设定复杂船体结构体积分数约束值的折衷方法及基于单元统计识别构型并确定最小稳定拓扑板厚的方法。  结果  通过理论分析及相关试算发现,使用该方法可以获得较为可靠的体积分数约束值和设计域最小稳定拓扑板厚。  结论  所提方法具备有效性和可行性,可为大型油船横向强框架的拓扑优化提供技术支撑,同时还可为其他复杂船体结构的拓扑优化提供参考。
拆解平台分段的焊接面外变形预测与控制
王江超, 张宏, 杨润畴, 刘建成, 周宏
2021, 16(6): 166-175. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02041
摘要:
  目的  半潜式起重拆解平台的分段焊接变形直接影响着整个平台的尺寸精度和建造周期。  方法  为此,以典型的B514分段为研究对象,首先预测其焊接面外变形的趋势及数值,分析反变形施加以及焊接顺序优化的影响,提升分段结构的建造精度;然后,依据焊接规范梳理平台结构的主要接头类型及焊接工艺,并通过高效的热−弹−塑性有限元分析,研究典型接头的热−力学响应,获得对应的焊接固有变形;最后,将焊接固有变形作为力学载荷,通过弹性有限元计算,预测B514分段的整体建造精度,同时研究施加反变形和不同焊接顺序对分段建造精度的影响。  结果  基于固有变形的弹性有限元分析,所预测的面外变形与实际测量结果基本吻合,给出了面外变形的产生机理。  结论  通过高效的有限元分析,可以获得并构建焊接固有变形数据库,从而用于复杂分段结构的焊接变形预测,并且施加反变形和焊接顺序优化能有效降低焊接面外变形。
海况对大型船舶波激振动疲劳损伤的影响
华康, 赵文斌, 吴定凡
2021, 16(6): 176-182. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02134
摘要:
  目的  针对大型船舶波激振动效应下的疲劳损伤问题进行研究。  方法  通过船模试验方法,比较两代400 000 DWT超大型矿砂船(VLOC)疲劳损伤的试验结果,分析船体梁波激振动效应下海况与疲劳的关系。通过递推方法,研究系列模型下的典型海况影响。  结果  结果表明,波激振动对疲劳的放大效应与有义波高和遭遇周期存在趋势关系。通过归纳递推方法,提出“主导海况”的概念,对疲劳损伤放大因子公式进行了修正;波激振动程度随海况的变化明显,波激载荷对疲劳损伤的放大效果随遭遇频率和有义波高的减小而增大。  结论  以“主导海况”代替多典型海况,可以在较短时间内获取相对准确的疲劳损伤放大因子,这在船舶设计初期具有指导意义。
机电与控制
基于FSC-MPE与BP神经网络的滚动轴承故障诊断方法
刘俊锋, 董宝营, 俞翔, 万海波
2021, 16(6): 183-190. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02158
摘要:
  目的  提出一种从强背景噪声、非平稳、非线性的复杂设备滚动轴承早期冲击故障振动信号中有效提取故障特征并进行故障模式识别的方法。  方法  首先,利用快速谱相关(FSC)分析提取原始振动信号的故障特征,并利用多尺度排列熵(MPE)对故障特征进行量化;然后,将故障特征数据输入BP神经网络进行故障诊断模型训练与测试;最后,对变速情况下的滚动轴承故障模拟实验数据和美国凯斯西储大学公开的轴承故障试验数据集进行故障识别研究。  结果  结果显示:所提方法对不同类型的故障具有较高的辨识精度,可达97%以上。  结论  研究验证了基于FSC-MPE与BP神经网络的滚动轴承故障诊断方法的可行性和优越性,可为滚动轴承健康状态评估提供技术支持。
基于Ciscrea AUV耦合模型的H 鲁棒控制器设计
刘艳, 冯旭琛, 杨睿, 黎明, 冯一飞
2021, 16(6): 191-200. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02176
摘要:
  目的  为实现Ciscrea自主式水下航行器(AUV)的空间轨迹跟踪与艏摇控制,设计一种多输入多输出(MIMO)鲁棒控制器。  方法  采用摄动法将AUV模型中惯性矩阵的参数不确定性和二次非线性阻尼作用表述为不确定集合,通过线性分式变换(LFT)得到广义系统。针对广义系统,采用H-infinity 综合方法求解AUV的MIMO鲁棒控制器,以及结构奇异值方法分析控制器的鲁棒稳定裕度。通过MATLAB仿真,模拟AUV的三维轨迹跟踪与艏摇控制,以验证鲁棒控制器性能,并在有/无干扰的情况下对其跟踪能力进行比较。  结果  通过计算得到了稳定鲁棒控制器的结构奇异值的上、下界。结果表明,设计的鲁棒控制器可有效消除干扰信号引起的输出扰动。  结论   所提控制方法具有良好的抗干扰性能,适合用于解决AUV多自由度模型中参数不确定性和非线性问题,并可为AUV在实际海洋环境下的运动控制研究提供有益参考。
基于动态子结构的轴承动力学及摩擦学耦合分析
杨欣, 顾根香, 孙思聪, 周建明, 李赛力
2021, 16(6): 201-208, 215. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02265
摘要:
  目的  分析主轴承的动力学与摩擦学特性以及其相互耦合关系。  方法  首先,利用子结构法建立轴承磨损试验台耦合摩擦特性的动力学模型;然后,通过该动力学模型计算得到轴承摩擦耗功和轴心轨迹并与实测结果进行比较,验证模型的正确性;最后,在该模型的基础上进行主轴承摩擦学和动力学的耦合分析。  结果  结果显示,试验台的4个支撑轴承均处于液动润滑状态,被测轴承在上止点处于混合润滑状态;随着轴承间隙的增大,轴承试验台被测轴承最小油膜厚度先增大后减小,当间隙在20 μm左右时可以得到最佳润滑状态;相比非线性弹簧的油膜模型,采用EHD模型可得到精度更高的轴承载荷和摩擦功耗。  结论  研究结果可为轴承副的润滑性能设计和高精度建模提供理论指导。
船舶核动力装置蒸汽旁排工况的动态特性及影响因素分析
张磊, 陈国兵, 刘继东, 涂舸
2021, 16(6): 209-215. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02089
摘要:
  目的  基于船舶核动力装置蒸汽旁排系统的运行需求,开展旁排工况的动态特性分析及影响因素研究。  方法  根据蒸汽旁排系统的功能特点,建立蒸汽发生器、蒸汽系统、蒸汽旁路系统与主汽轮机匹配运行时的数学物理模型,分析汽轮机主汽阀速关、汽轮机甩负荷等极端工况下的动态运行特性和一、二回路的耦合匹配特性,验证仿真模型的精度和通用性。  结果  仿真结果表明:在旁排工况运行时,应根据船用反应堆的功率自调能力来选择合适的旁排阀、主汽阀及其匹配动作时间,并综合考虑蒸汽母管超压和汽轮机组超速等安全问题,同时应满足船舶其他设备的用汽需求。  结论  研究成果可为船舶核动力装置旁排工况的安全控制及旁排系统的优化设计提供参考。
离子交换膜电解槽电解海水制氯技术的验证
邓亚东, 魏威, 雍兴跃, 周欢, 张聪, 李崇杰, 史亚南
2021, 16(6): 216-224, 230. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02173
摘要:
  目的  针对现有海洋防污技术存在的问题,设计一种用于防污的离子交换膜电解槽电解海水制氯系统,以研究该电解槽在不同电解条件下的电解规律及效率。  方法  首先,探究稀盐水温度、盐浓度、电流密度和停留时间等因素对电解过程的影响;然后,在上述基础上,采用Minitab软件以比能量消耗率为考核指标,优化电解参数;最后,通过实海试验对海水预处理和电解工艺进行验证。  结果  验证结果表明:电流密度和停留时间的最佳参数分别为3 000 A/m2及46 s;电流效率超过80%,槽压小于6 V;电解后的阴阳两极和离子膜表面干净。  结论  结果表明所设计的系统适合用于电解海水制氯防污。
基于水力空化的过硫酸钠脱硝实验研究
张博浩, 卢凯旋, 杨金刚, 宋立国, 潘新祥, 韩志涛
2021, 16(6): 225-230. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02179
摘要:
  目的   为提高过硫酸钠(Na2S2O8)湿法氧化脱硝的效率以及药品利用率,利用水力空化强化Na2S2O8开展湿法氧化脱硝实验。   方法   探究水力空化强化Na2S2O8脱硝的可行性,研究溶液温度、Na2S2O8浓度、氯离子(Cl)等因素对脱硝效果的影响以及相关机理。   结果   实验结果表明:水力空化产生的特殊环境有利于活化Na2S2O8,提高脱硝效率,但整体脱硝效果不佳;在实验条件下,当温度从30 ℃升到80 ℃时,一氧化氮(NO)去除率从7%提升至43%;提高Na2S2O8的浓度有利于提高NO脱除率;在高温工况下,提高Na2S2O8的浓度对提高整体脱硝率的促进作用更明显;Cl的存在可以极大地提高NO的脱除率,当Cl浓度与Na2S2O8浓度配比达到0.15∶0.1时,NO的脱除率高达94%。   结论   水力空化可促进Na2S2O8去除NO的反应速率,Cl在水力空化创造的特殊反应环境中能产生更多的氧化性物质,提高脱硝效果。