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2021年 第16卷  第2期

2021 年 2 期目录
2021, (2): 1-2.
摘要:
总体与性能
舰船复合材料结构物应用工程 技术特点及内涵分析
梅志远
2021, 16(2): 1-8. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02098
摘要:
针对舰船平台技术所面临的发展需求与挑战,从总体平台特性、综合隐身以及综合保障技术发展需求的角度,简要分析开展舰船复合材料结构物应用工程的必要性和紧迫性。以西方国家潜艇应用为例,梳理国外舰船复合材料结构物应用发展思路,提出并阐明舰船功能复合材料结构物应用工程的3个“一体化”技术特点,着重探讨总体/结构设计技术的定义、内涵及关键技术组成。最后,针对我国未来在该领域的发展需求,提出应在尽快制定顶层规划的同时,着力加强设计基础研究和规范体系性建设。
船舶复合材料螺旋桨模型试验的特殊性分析
武珅, 宋明太
2021, 16(2): 9-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01852
摘要:
  目的  船舶复合材料螺旋桨比传统金属合金螺旋桨刚度低,在流固耦合作用下桨叶变形会对水动力和噪声性能带来显著影响,在开展复合材料螺旋桨模型试验时需予以特殊考虑。  方法  采用量纲分析方法,建立复合材料螺旋桨水动力与噪声性能的特殊相似关系及其换算方法。根据复合材料螺旋桨模型加工实物及其作用特点,分析可满足模型试验要求的特殊测试技术。  结果  结果表明,复合材料螺旋桨模型试验在满足金属合金螺旋桨模型试验的相似关系外,仍需满足桨叶水动力变形的相似关系。  结论  不同于传统金属合金螺旋桨,复合材料螺旋桨模型试验需获取螺旋桨的静态型值、力学性能和桨叶动态变形等信息,以此选择合理的螺旋桨试验模型缩比尺度及其材料;同时,试验中除要求保持模型与实尺度螺旋桨的无量纲进速系数相同外,还需满足刚度特性及叶梢马赫数的组合相似度。
T型翼主动控制策略的数值研究
姜宜辰, 白钧宇, 孙一方, 李永坤, 张桂勇
2021, 16(2): 15-23. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01757
摘要:
  目的  主动控制T型翼对船舶有着较好的纵向运动减摇效果,但最佳的T型翼主动控制策略仍未有定论,因此需对T型翼主动控制策略进行研究计算与分析。  方法  首先,采用细长体理论对Wigley III船型在不同波长规则波中的纵向运动响应进行数值计算;然后,在相同航速与波浪工况下,对加装了主、被动T型翼的船舶纵向运动进行数值预报,分析不同主动控制策略的减摇效果。  结果  计算结果显示:T型翼被动控制在共振区具有较好的减摇效果,长波区和短波区的减摇效果相对有限;纵摇角速度信号控制对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果非常显著,但对于长波区的垂荡运动会有减益效果;船艏部运动速度信号对纵摇运动和艏部运动加速度的减摇效果较纵摇角速度信号均有10%~20%的提升,并且对垂荡运动的减摇效果也有一定提升。  结论  对于T型翼的主动控制,艏部运动速度信号控制综合考虑了纵摇与垂荡这2种运动,可以实现更好的减摇效果。
某客滚船主尺度变化对阻力性能的影响
杨帆, 郑敏敏, 陈伟民, 董国祥, 卢晨
2021, 16(2): 24-29. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01854
摘要:
  目的  从节能减阻方面对客滚船的主尺度比进行研究。  方法  利用模型试验和数值模拟的方法,研究船舶主尺度比(长宽比L/B、船宽吃水比B/T)变化对阻力性能的影响。  结果  结果表明,某700客位客滚船不同L/B方案之间的有效功率在较低航速时最大差异仅为150 W,在较高航速时最大差异增大到1 300 W;不同B/T方案之间的有效功率在较低航速时最大差异为170 W,在较高航速时最大差异仅为300 W。  结论  研究发现:增大L/B值能够明显减小实船航速对应的模型阻力和实船有效功率;不同B/T方案的实船有效功率相差不明显。
汲水斗对水面飞行器水动力性能的影响
王晓强, 来曙光, 肖志坚
2021, 16(2): 30-35, 63. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01798
摘要:
  目的  基于数值和试验方法研究汲水斗不同状态下水面飞行器的水动力性能变化规律。  方法  首先,通过试验方法研究水面飞行器放下汲水斗时在不同速度及不同排水量下的水动力性能;然后,采用CFD数值方法求解不同速度下,无、收起和放下汲水斗3种情况下水面飞行器的黏性绕流场。  结果  结果显示,随着速度的增大,在相同汲水量下,水面飞行器的总阻力、升沉幅度均随之增大,纵倾角减小;随着汲水量的增大,其总阻力、纵倾角和升沉幅度增大;汲水斗放下时水面飞行器的总阻力明显增大,升沉增大,但纵倾角减小;汲水斗收起时对水面飞行器的水动力性能影响不大。  结论  所得研究结果对水面飞行器汲水斗的优化设计具有重要指导意义。
近冰面航行潜艇阻力及绕流场分析
柏铁朝, 许建, 王国栋, 余琨, 胡笑寒
2021, 16(2): 36-48. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01975
摘要:
  目的  采用数值模拟方法探究潜艇近冰面航行时的水动力性能。  方法  选取Suboff全附体潜艇模型为研究对象,在STAR-CCM+软件中采用RANS方法,再结合SST k-ω湍流模型和体积分数法计算艇体的水动力性能。然后进行网格无关性验证以及近冰面水动力特性分析的方法验证,以确定计算方法的有效性。  结果  结果表明,潜艇近冰面航行时,潜艇的总阻力系数CT在同一弗劳德数下随潜深的增加而减小,在同一潜深下随弗劳德数的增加而减小;在同一弗劳德数下,当无量纲深度大于1.63时,潜深几乎不影响艇体的阻力系数。  结论  研究表明,潜艇的总阻力系数受弗劳德数以及潜深的影响较大,随着潜深的增大,潜深对阻力系数的影响将逐渐减小。
基于体积力模型的潜艇应急上浮运动数值模拟分析
魏可可, 高霄鹏
2021, 16(2): 49-56. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01879
摘要:
  目的  为了探索潜艇应急上浮运动的规律,基于体积力的螺旋桨简化模型,开展不同航速下潜艇的应急上浮运动数值模拟。  方法  对艇体水下定深直航、上浮以及上浮出水进行数值模拟,对比分析不同航速下潜艇上浮过程中艇的螺旋桨转速与航速的匹配,以及上浮运动时间和艇体姿态的变化。  结果  结果显示,随着螺旋桨转速的增大,潜艇获得稳定航速的时间越短,在水下定深直航运动的时间也越短;无论是纵倾角还是横倾角,其第1次发生变化的时刻、产生峰值的时刻等随转速的增大呈减小趋势,同时随着转速的增大,纵倾角的来回震荡波动时间会越来越长,而横倾角的来回震荡波动时间则越来越短。  结论  相关计算方法和研究结果对潜艇应急上浮运动研究具有一定的实际参考价值。
灰色层次分析法在舰船中水回用方案优选中的应用
张明霞, 边锋
2021, 16(2): 57-63. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01853
摘要:
  目的  为解决舰船中水回用方案优选过程中决策影响因素多,且因素无法完全被量化和排序的问题,有必要建立科学合理的方案优选评估模型。  方法  基于灰色层次分析法及德尔菲法构建舰船中水回用方案评价指标体系的层次化结构,采用白化权函数的灰色评估方法对各评估要素进行量化,开展不同方案的综合评估。  结果  分析及计算结果表明,采用灰色层次分析法得出的综合评估结果合理,层次总排序的一致性检验满足指标要求。  结论  灰色层次分析法可以在专家评判的基础上,综合采纳各方面的意见,降低评判的随意性和主观性,提高方案选取的科学性和合理性,适用于对舰船中水回用的多方案、多目标系统设计进行优选决策。
虚拟装配中基于层次包围盒的空间快速验证
方舟, 易朋兴, 杜玉娇, 李阳
2021, 16(2): 64-70, 77. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01906
摘要:
  目的   针对现有虚拟装配与维修中可移动空间计算的算法精度、效率较低,甚至缺少算法的问题,结合舰船虚拟装配、维修的实际需求,提出一种能够快速、准确计算零部件在移动空间中碰撞验证的算法。   方法   首先,以层次包围盒与三角面片相交检测算法为基础,改进层次包围盒与三角面片在移动空间中进行变换的方法;然后,根据二分法与递增法求得干涉距离,提出一种空间碰撞验证与空间距离验证的算法;最后,利用CATIA二次开发技术设计并开发空间快速验证模块,验证算法的合理性与准确性。   结果   实例结果表明,在复杂程度不同的2 000多个零件模型中,计算空间碰撞的时间在100 ms以内,计算空间距离的时间约为0.5 s。   结论   该算法在舰船设计人员考虑装配与维修空间时可起到较大的辅助作用,能够有效缩短舰船设计周期、生产周期与维护周期。
基于知识组件的船舶空调通风系统原理图快速生成方法
杨亢亢, 肖鹏安, 李伟光
2021, 16(2): 71-77. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02011
摘要:
  目的  针对船舶空调通风系统原理图绘制效率低、数据管理难的问题,提出一种该系统原理图快速生成方法。  方法  首先,分析船舶空调通风系统原理图绘制过程,定义此系统的知识组件模型、实体建模和实例化过程; 然后,结合该系统的设计特点,设计基于知识组件的原理图快速生成业务模型和数据交换模型;最后,以AutoCAD和PDM系统为平台,开发原型系统,并经实际工程项目应用予以验证。  结果  结果表明,系统原理图绘制效率提升了43.5%。  结论  所述方法可广泛应用于船舶系统原理图绘制中,能大幅提升设计效率和数据管理水平,具备一定的工程应用价值。
一种新型宽带电阻膜吸波体设计
黄栩静, 万国宾
2021, 16(2): 78-83. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01724
摘要:
  目的  为了改善传统电磁吸波材料的吸波特性,基于阻抗匹配理论设计一种具有高吸收率的电阻膜吸波体。  方法  吸波体采用周期排布的电阻膜图案−介质基板−导体接地板结构,其电阻膜单元由耶路撒冷十字单元与外围的方环单元组合而成。  结果  仿真结果表明,所设计的吸波体在2.9~5.1 GHz的频率范围内对电磁波的吸收率超过90%,峰值吸收率可达99.4%,且具有宽角度吸收与极化不敏感特性。  结论  所设计的吸波体对于人工电磁周期吸波体的宽带吸波体设计具有一定参考价值。
潜艇舷间舾装的精度分配
黄文华, 周海波, 杨飞, 高长华, 唐波
2021, 16(2): 84-89. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01866
摘要:
  目的  潜艇建造是一个多工序耦合的工艺过程,随着模块化建造模式的发展,广义的“舾装”包含了材料成型、结构建造、设备管系制造安装及涂装等全流程,在设计阶段开展潜艇舾装的精度分配顶层规划,可有效影响潜艇建造工艺过程,确保潜艇总体性能。  方法  针对潜艇舷间舾装,首先提出精度分配的流程,然后对基于尺寸链的精度分配方法的内涵及其适用范围进行探讨,最后对舷间的关键项目及其精度控制对象进行识别,依据尺寸链原理方法对舾装全流程的未知精度项进行分配。  结果  得到了可满足建造精度需求的舷间舾装关键项目中未知精度项的分配值。  结论  通过研究,形成了包含材料、结构、设备、安装等广义舾装过程的精度分配流程及方法,并可用于指导潜艇舾装的各工艺环节和工艺设计。
结构与装置
等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力
王小明, 魏强, 潘曼
2021, 16(2): 90-98, 107. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01873
摘要:
  目的  为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法。  方法  将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度。依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎克定律,即可推导夹层板的弯曲应力分布。  结果  通过算例验证,与文献[7]的方法相比,本文方法计算的刚度误差为−6.98%;与有限元法相比,本文方法计算的夹层板变形最大误差为−2.01%,应力最大误差为3.63%。  结论  这种分层累加计算整体刚度的方法,不仅可避免完全直接采用文献[7]的方法计算刚度时的复杂繁琐推导,而且用于弯曲计算还可获得较好的精度。
饱和冲量及其等效方法在舱室内爆炸中的应用
朱凌, 田岚仁, 李德聪, 王佳月, 张霄
2021, 16(2): 99-107. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01876
摘要:
  目的  对于受到爆炸脉冲载荷冲击作用的船体结构,基于饱和冲量现象的相关研究表明,仅根据最大载荷幅值和脉冲总冲量来设计船体结构是不合理的,需探究工程应用中的饱和冲量现象。  方法  首先,总结饱和冲量概念的提出及研究发展;然后,以舱室内爆炸为典型算例,分析内爆炸载荷的曲线特性及结构响应特征;最后,基于饱和等效方法将复杂的内爆炸载荷等效为矩形脉冲载荷,采用理论及数值方法对等效载荷进行计算。  结果  结果表明:在舱室内爆炸准静态超压情况下普遍存在饱和冲量现象,实际工程应用中爆炸载荷会对结构造成较大的塑性变形,通常超过10倍板厚;而运用基于饱和冲量的等效方法分析,所得结果与数值仿真结果的误差小于10%。  结论  运用此方法可更准确地得出结构塑性动力响应结果,在结构抗冲击设计优化时,还可减少繁琐的复杂非线性数值计算,使设计更高效。
典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性
焦立启, 张权, 李茂, 张磊, 张春辉
2021, 16(2): 108-115, 124. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01841
摘要:
  目的  为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。  方法  主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。  结果  结果表明:当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。  结论  在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。
近距空爆载荷下钢板/聚脲复合结构动响应特性仿真
王喜梦, 刘均, 陈长海, 程远胜, 张攀
2021, 16(2): 116-124. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01833
摘要:
  目的  为探讨聚脲涂层对钢板抗爆性能的提升机制,掌握背涂聚脲层对钢板动响应特性的影响规律,对钢板/聚脲复合结构的抗爆动响应过程进行仿真研究。  方法  采用LS-DYNA软件对钢板/聚脲复合结构在近距空爆载荷作用下的变形/失效过程及吸能机制进行数值仿真,并与文献试验结果进行对比,验证数值仿真方法的合理性和准确性。在此基础上,进一步分析前侧钢板层与背侧聚脲层的厚度配比及强度配比对结构变形/失效及能量吸收的影响。  结果  结果表明:背侧聚脲层在抗爆过程中存在二次崩落现象,其崩落碎片动能在后侧聚脲层总吸能中占主导地位;随着钢板−聚脲厚度比值的增加,前侧钢板层的最大塑性变形先减小后增大;随着强度比值增大,钢板的最大塑性变形和聚脲的吸能占比均单调减小。近距空爆载荷作用下,由于崩落而形成的碎片动能是后侧聚脲层的主要吸能方式;总面密度不变时,钢板/聚脲复合结构存在抗爆性能最优的厚度配比;强度比值的增大会降低聚脲层的吸能占比,同时提升结构的整体抗爆性能。  结论  研究结果可为钢板/聚脲复合结构的抗爆防护设计提供参考。
考虑细长杆件不同坠落角度的海洋平台甲板损伤预报方法
王秀飞, 刘昆, 费宝祥, 王加夏, 王自力
2021, 16(2): 125-133. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01831
摘要:
  目的   在海洋平台吊装作业中,因吊机设备老化以及违规操作等而造成的坠物事故在海洋平台作业中时有发生,其中在杆件结构,如套管、钻铤等设备方面的问题最为常见,因杆件坠落时接触面积小,常会导致板架结构的损伤破坏。  方法  选取细长杆件坠物撞击甲板结构的场景开展结构损伤研究。在此基础上,考虑坠落角度对结构损伤的影响,确定结构损伤变形模型,并运用塑性力学理论,建立考虑杆件坠落角度影响的结构损伤解析预报方法。  结果  结果显示,小角度坠落场景下的结构损伤变形大,结构吸能高,根据结构响应可将坠落角度分为4个角度区间;解析计算结果与仿真计算得到的吸能曲线在数值以及变化趋势上相近。  结论  在杆状结构以一定角度撞击甲板结构时,甲板产生的塑性变形区域形状会随着撞深而产生变化,针对各阶段甲板变形特点的解析计算对海洋平台甲板板架结构抗撞设计评估具有一定的指导意义。
船舶开孔梁局部屈曲的无网格MLPG分析方法
端木玉, 陈建平, 易燕, 宋博
2021, 16(2): 134-140, 150. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01836
摘要:
  目的  针对船舶开孔梁板易产生局部屈曲效应、受到较高的集中载荷作用会产生明显的结构响应和屈曲破坏力的问题,提出采用无网格数值方法对该类问题进行数值分析。  方法  首先,以问题域离散节点为基础建立其紧支函数,运用加权余量法建立系统位移场离散方程,并由移动最小二乘法构造离散节点的形函数,以获得位移函数的逼近函数;然后,结合经简化的屈曲评估法,将屈曲方程特征值求解进行降阶处理,得到更为精确的屈曲载荷因子;最后,进行算例演示,比较所提方法和传统计算方法并进行验证。  结果  结果显示,所提方法有效,其结果与原结构有着更高的契合度。  结论  针对开孔板梁的无网格法数值分析特性可为分析各种形状的蜂窝状板梁结构提供一种新的思路。
船体曲率板感应加热成形工艺研究
王江超, 张楚汉, 易斌, 周宏, 任强, 吴泰峰
2021, 16(2): 141-150. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01814
摘要:
  目的  在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本。  方法  针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热−弹−塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现板材双曲率热弯成形的力学响应;同时,研究感应加热过程工艺参数影响板材弯曲成形的力学机理,提出线性逼近迭代二分法,实现板材热弯成形中加热位置和热源移动速度等工艺规划,并进行板材热弯成形过程及参数的有限元计算验证。  结果  结果显示,采用基于规划的工艺参数计算分析所得面外弯曲变形与目标曲率板的弯曲形状相当吻合。  结论  研究结果验证了线性逼近迭代二分法在实际工程应用中的可行性和准确性,并为曲率板成形工艺的优化提供了新的解决方案。
机电与控制
舰船动力系统数字孪生技术体系研究
周少伟, 吴炜, 张涛, 张侨禹
2021, 16(2): 151-156. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01858
摘要:
  目的  为了实现数字孪生技术在舰船动力系统中的应用,针对舰船动力系统集成度高、全寿期研制特点,梳理在动力系统研制中应用数字孪生技术的技术路线。  方法   利用数字孪生技术的虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、全要素与全流程数据驱动等优势,开展符合动力系统研制特点的数字孪生技术体系研究。  结果  经研究,构建了舰船动力系统中应用数字孪生的技术体系,包括规范、平台构建、关键技术、数字孪生体建设、集成验证与示范应用。  结论  研究成果可为舰船动力系统数字孪生技术示范应用及实践提供参考。
基于数字孪生的舰船蒸汽动力总体模型框架研究
杨元龙, 孙玲, 张晓滨, 吴金祥, 程宁
2021, 16(2): 157-167. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01884
摘要:
  目的   为了实现舰船蒸汽动力系统的数字化、网络化和智能化,提出一种总体数字孪生模型应用体系。   方法   从物理对象、过程要素、生命周期及虚拟空间这4个维度,提出基于数字孪生的舰船蒸汽动力系统总体“四维思想模型”,并创建总体全生命周期的“五阶体系模型”,涵盖概念论证、系统设计、总装建造、试验试航及运维保障这5个典型的阶段。通过引入大数据、物联网、云计算、人工智能和基于模型的系统工程等先进技术,形成由物理层、接口层、数据层、模型层、调度层、功能层及应用层组成的舰船蒸汽动力系统总体数字孪生“7层架构模型”。   结果   舰船蒸汽动力系统虚拟设计分析及试验平台的验证结果表明,数字孪生体系框架可以有效支撑系统方案设计、操作运行分析及试验方案评估,从而实现舰船全生命周期中物理空间与虚拟空间的交互协同。   结论   研究成果可为舰船蒸汽动力系统的总体数字化设计提供参考。
基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略
陈辉, 李维波, 孙万峰, 李齐, 卢月
2021, 16(2): 168-175. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01869
摘要:
  目的   针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略。   方法   针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式。   结果   Matlab仿真结果和工程测试结果表明:该能量管理方案和变换器控制策略可以有效地改善混合储能系统的过充或过放问题,不仅可以保证直流母线电压的稳定性,还可以提高系统的动态响应性和协调性。   结论   研究成果可为移动平台光伏系统的能量管理提供参考。
基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析
赵志强, 张嘉锐, 罗炽恒, 贾宝柱, 安连彤
2021, 16(2): 176-181, 193. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01883
摘要:
  目的  大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。  方法  基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。  结果  结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。  结论  所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。
跨声速轴流涡轮特性预估方法
杜玉锋, 高杰, 郑群, 马国骏
2021, 16(2): 182-187. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01733
摘要:
  目的  在高亚声速和跨声速下,轴流涡轮静叶喉部出现跨声速气流,三维研究时间周期长且获取特性参数慢,为此,提出一套行之有效的涡轮特性预估方法体系。  方法  整合已有的损失模型及采用一维编程的方式预估涡轮特性,并通过三维数值模拟进行验证。  结果  研究结果显示,一维特性评估得到的级等熵滞止温比与三维的相对误差为11.53%,级滞止膨胀比的相对误差为11.77%,反动度的相对误差为14.23%。基于此,准确判断了静叶是否存在跨声速现象,且单级涡轮采用动叶出口温度的绝热指数所获得的特性预估较为准确。  结论  在误差允许范围内,可实现跨声速的涡轮特性快速预估,减少计算量。
蒸汽动力系统在不同工况下的凝水分配协调性分析
张凡, 吴廉巍, 张侨禹
2021, 16(2): 188-193. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01686
摘要:
  目的  为满足蒸汽动力系统在不同工况下的使用要求,需开展凝水分配协调性分析和管路优化设计。  方法  基于Flowmaster仿真计算软件,建立凝水系统的管网仿真模型,分析低工况和高工况下的凝水系统压力和流量分配情况,并相应提出降低水柜安装高度和调整系统管路连接方式这2种优化设计方案。  结果  计算结果表明:在低工况下,当凝水系统中节流阀开度30%、循环阀开度45%时,储水量最大为0.128(归一化处理结果),当节流阀开度小于13%时,凝水系统将无法实现储水功能;在高工况下,当凝水系统中节流阀开度90%、循环阀开度18%时,储水量最大为0.404,且凝水系统的分配协调性更好;2种优化设计方案均可有效改善低工况下凝水系统的分配协调性。  结论  研究成果可为实船凝水系统的管路优化设计提供参考。
带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制
陆潇杨, 刘志全, 高迪驹, 褚建新
2021, 16(2): 194-202. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01775
摘要:
  目的  为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。  方法  首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。  结果  仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。  结论  研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。