深海载人潜水器载体框架结构设计与强度分析

载体框架是用于安装固定载人舱、蓄电池、可弃压载、可调压载水舱、高压气罐和浮力块等深海载人潜水器设备的空间桁架结构,也是深海载人潜水器布放、回收和甲板系固的主要承力结构。因此,载体框架的设计应便于设备、仪器、浮力块和轻外壳的安装、拆卸与维护;并有足够的强度和刚度,以保证载人潜水器的布放和回收,以及在母船甲板上系固。在上述条件下,还应使其重量尽可能小。总结和介绍了我国正在建造的深海载人潜水器载体框架的材料选择、计算工况及设计载荷与许用应力的确定、结构型式的确定、构件的连接方式、节点的优化处理,以及结构强度的分析方法,给出了载体框架在单点回收和甲板系固两种工况下的强度分析结果,为今后研制同类型产品提供参考。     

大型豪华邮轮压载系统管路仿真分析

以某大型豪华邮轮的压载系统为研究对象,基于CFD方法,利用Flowmaster建立一维管路模型,采用理论公式计算对比软件建模仿真的方法验证压载泵特性参数的准确性,同时在考虑阀门开度和压载舱相对高度等特殊节点参数选择的基础上分析邮轮压载系统压排水时的水力特性规律。仿真结果表明,采用CFD方法仿真分析邮轮压载系统管路布置是合理准确的,规定时间内系统的压排水量以及节点支路流量的变化规律能满足压载系统的布置要求。     

超大型起重船压载调载系统研究设计

介绍了超大型起重船的发展需求及压载调载系统的作用,对2×8 000 t大型起重船的压载舱布置及调载方案进行了简要介绍,对压载泵进行了选型,对压载管系、遥控阀门、液位测量等系统进行了初步设计,并对设计方案进行了校核。结果表明该方案满足船舶各种作业需求。     

低噪声迷宫式控制阀设计原理及数值分析

在舰船水管路系统中,采用控制阀进行管路系统阻力匹配设计并实现低噪声配置。控制阀在水力激励下形成振动噪声并通过管路传递形成船外辐射噪声。为降低管路系统振动及船外辐射噪声,有必要进行低噪声控制阀的设计研制。该文提出了控制阀水力及声学设计方法,采用流体动力学数值方法进行了低噪声控制阀原理分析,验证了分流、多级和迷宫拐角式低噪声设计原理。基于低噪声设计原理设计了包含上层穿孔、中层多迷宫流道和下层少迷宫流道三部分重叠形成的阀套流通结构的分层迷宫式控制阀。阀内流场分析结果显示:阀套出流不均匀形成高速低压区域,易发生空化增大噪声;阀套腔体和阀套沿出流方向出口处形成大尺度漩涡结构,为主要噪声源区域。     

船舶压载舱压力损失的计算

介绍船舶压载舱压力损失的计算,为船舶设计或船舶采用更换压载水时压载泵的选型提供参考。     

船舶冷却海水泵变频控制模式应用研究

现有的船舶中央冷却海水泵变频控制技术属于闭式控制系统,其操作总是滞后于系统的实际变化,给船舶冷却水系统带来负面影响。以热交换器原理为突破口,研发了两种带前端控制的海水泵控制模式,即直接计算的控制模式和基于数据库的控制模式。这两种优化的系统控制模式可以使海水冷却系统更“智能”。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

极地环境载人潜水器发展关键技术分析

针对极地特殊环境和中国在极地的战略需求,结合我国在载人潜水器领域多年的设计、制造、应用和维护经验,首先详细分析载人潜水器的系统组成、主要设备和关键技术,然后对于极地的低温、高纬度、大范围冰盖、复杂水声环境等主要特点,最后在技术层面总结发展极地载人潜水器所涉及的关键技术。     

马氏体镍钢用于制造全海深载人舱的可行性初探

为进一步探索深渊海沟,需要研制全海深载人潜水器。在给定设计深度下,潜水器的成功研制取决于对载人舱选材的合理性。合理选材使得载人舱的重量较小,同时,材料具备良好的综合性能使其能够承受非常高的外部压力及适应严峻的环境条件。在全海深载人舱设计过程中,马氏体时效钢以其较高的强度、良好的韧性、较好的可加工性能及热处理性能而备受关注。其中,18Ni系马氏体时效钢因具备较好的综合性能而作为全海深载人舱的备选材料,因此在载人舱设计之前需要对备选材料的综合性能进行合理的评估。该文对载人舱材料选择标准进行了探讨,以此为基础,针对18Ni系马氏体镍钢的重要性能指标进行了分析,分析结果将为后续的材料试验研究和载人舱初步设计提供理论指导。     

Further study on the ultimate strength analysis of spherical pressure hulls

From a comparative study it is concluded that current design rules for the spherical pressure hull of manned submersible need to be updated and unified. In this paper, a series of spherical pressure hulls are calculated by nonlinear FEM. Based on these numerical results, the influence of critical arch length and the relationship of ultimate strength with t/R and structural imperfection are studied. Finally, empirical formulae for the ultimate strength of the titanium alloy spherical pressure hull of deep manned submersible based on numerical computations are given. The formulae can be used as the core equations to update current design rules.     

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。     

海上石油平台消防水稳压系统选择与设计

一套消防水稳压系统的合理选择和设计是和平台的实际情况密切相关的,该文列举了目前海上石油平台常用的两种系统稳压方式.根据作者多年在海上石油平台消防水系统设计方面的经验,重点阐述了“泵+罐稳压”这种运用较多的稳压方式的设计理念,为选择和设计消防水稳压系统提供借鉴.     

闭环液压系统及其对驱动器设计的影响（英文）

Hydraulic systems provide a clean and stable supply of hydraulic fluid for subsea valves and actuators installed on the subsea bed in subsea production systems.Subsea control systems are used for contemporary subsea fields instead of installing the control system on topside.Although all-electric subsea systems are state-of-the-art with benefits such as health,safety,and environment improvement,as well as efficiency and lower cost,hydraulic systems are still used for the development of many subsea fields.One of the main questions in the selection of a subsea hydraulic field is whether to choose an open or closed loop hydraulic system.The main characteristic of an open loop hydraulic system is that the hydraulic fluid is discharged into the marine environment during the actuation of the subsea valves.Conversely,the hydraulic fluid is returned to the topside facilities through an umbilical system in a closed loop system.Given that closed loop systems are more eco-friendly,the main question in this research is to examine the effect of the actuator connection of the closed loop system on actuator design.Two cases of actuated valves connected to a closed loop system are analyzed in this paper.The first is a 71/16-in.subsea slab gate valve in the pressure class of 517 bar with a linear spring return fail-safe close(FSC) actuator located on a manifold branch.The data indicates that the piston rod and cylinder diameter of the FSC linear actuator should be increased by some millimeters due to the accumulation of hydraulic oil at the bottom of the actuator.The hydraulic oil in the closed loop system helps in closing the actuator and spring force,so the spring constant and torque should be reduced as a result.The second case involves a 16-in.subsea ball valve in the pressure class of 517 bar with a double-acting fail-as-is rack and pinion actuator.The conclusion in this case is to avoid making any change in the design of double-acting actuator in connection to the closed loop system.     

载人潜水器母船网络信息系统设计分析

本文结合我国载人深潜科学考察对母船网络信息系统的需求,阐述了载人潜水器母船网络信息系统的设计原则及总体设计方法,并对各分系统设计与实施进行论述,旨在为我国新建载人潜水器母船网络信息系统建设提供参考。     

大深度载人潜水器极限承载能力非线性有限元分析方法研究

大深度载人潜水器载人舱的极限承载能力是载人潜水器安全性的保障,在设计制造中非常关键。本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力进行了分析计算,提出了大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力非线性有限元计算中的影响因素;并与极限承载能力设计新公式计算结果进行对比,验证了本文非线性有限元分析方法和设计新公式的广泛适用性,为大深度载人潜水器建造规范和检验指南的制定奠定了基础。     

沉浸式载人深潜器布放交互仿真系统

针对现有载人深潜技术培训中采用实艇培训的风险大、成本高、培训周期长以及缺乏宣传教育平台的现状,开发载人深潜器布放回收的三维交互仿真系统.采用3ds Max创建支持母船、深潜器以及A型架等结构的三维模型,利用Unity3D引擎实现深潜器布放回收过程的操纵交互,提出驱动A型架旋转的液压杆运动数学模型以及头盔视线碰撞检测代替鼠标悬停的物体拣选方法,最终采用虚拟现实头盔作为视景显示方式,逼真的模拟深潜器布放回收的整个过程.该仿真系统具有可交互性和高度沉浸感,可作为深潜器布放操作人员的培训系统以及深潜技术的宣传教育平台.     

全海深双球连接耐压舱的结构设计探索

钛合金耐压球壳被广泛地应用于大深度载人潜水器.但是,由于受到材料强度的限制,若采用成熟的Ti-6Al-4VELI来设计3人型的全海深载人舱,其壁厚将超出很多国家的现有制造能力.为了解决这一矛盾,该文提出了一种新的双球连接的方案,并以中国船级社最新的强度标准作为优化约束条件,用有限元分析法对这种结构形式进行了优化设计.最后,对双球结构方案与传统单球方案作了比较.     

载人潜器的综合控制与显示系统

介绍某型载人潜器的综合控制与显示系统。它实现了潜器的航向、深度的自动控制，并在ＣＲＴ上动态地、综合地显示各种条件下的运动信息。系统人机界面友好，非常适合于操作。     

大深度载人潜水器载人耐压球壳的疲劳载荷谱分析

大深度载人潜水器的载人耐压球壳是载人潜水器上的最关键部件,它不仅为载人潜水器驾驶员和科学家提供了深海作业的生存空间,而且也为众多的非耐压仪器设备提供了工作环境.载人潜水器每执行一次下潜任务,耐压球壳都要承受一次海水压力作用,随着使用次数的增加.有可能会发生载人耐压球壳的低周疲劳破坏.为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,在设计阶段必须进行载人耐压球壳的低周疲劳寿命分析.作为载人球壳低周疲劳寿命分析的基础,必须首先确定载人耐压球壳的疲劳载荷谱.本文通过对美国Alvin深海载人潜水器的使用统计资料的深入分析,提出了可以用GUMBEL分布来描述大深度载人耐压球壳疲劳载荷谱.根据设计任务书中规定的总的下潜次数要求,最后给出了我国目前正在研制的7000米载人潜水器耐压球壳的疲劳载荷谱.     

某深水半潜式生产平台压载系统配置研究

通过研究某型深水半潜式生产平台压载系统,分析泵舱压载泵和深井压载泵的适用条件,为其他深水半潜式生产平台压载系统的配置设计提供一定参考。通过对半潜式生产平台压载系统的设计理念及相关规范进行调研,掌握了深水半潜式生产平台压载系统的设计方法,总结不同压载泵形式的特点,并基于该深水半潜式生产平台特点提出适用的压载泵选型方案。