两种舰船—飞机耦合系统的降阶建模方法

舰船的运动和甲板的变形，对着舰飞机的冲击载荷会产生影响，而该冲击载荷又会直接影响飞行甲板的变形，因此两者的运动是耦合的，需要把它们作为一耦合系统进行分析。本文对该耦合系统提出了两种降阶建模方法。该方法首先对飞行甲板进行动力缩聚，使其只包含在整个降落过程中会与飞机起落架的运动发生耦合的所有自由度，然后把降阶了的模型与飞机一起建工耦合动力学方程。运用该方法建立起来的动力学方程规模将大大减小。通过对某型号飞机及舰船计算表明，本文提出的方法是可行的。     

飞机轮载作用下的甲板动响应

本文从工程应用的角度出发，提出了一个逆求飞机起落架系统非线性动力特性的方法，并将飞机起落架系统以及在波浪运动的船体国反结构看作一个耦合的动力学系统，建立了一套着舰飞机与甲板瞬态相互作用的动力学分析方法，用该方法可以预报在各种海况，航速及机降工况下舰船甲板的动应及飞机承受的冲击过截，本文给出了计算例子。     

铺缆船与电缆耦合系统动力学分析

提出一种铺缆船与电缆耦合系统动力响应时域分析方法。针对“启帆9”号铺缆船进行了船模阻力试验，得到铺缆船阻力系数，以确定其流载荷。基于势流理论，使用AQWA软件对铺缆船进行频域水动力分析，以确定其波浪载荷。结合上述计算结果，使用动力学分析软件Orca Flex建立了基于海底电缆铺设过程的耦合动力学模型，通过对考虑了环境载荷、系泊载荷和电缆载荷的动力学方程进行求解得到铺缆船动力学响应，将铺缆船运动作为电缆顶端的运动边界条件进行输入。与传统RAO方法相比，该方法充分考虑了铺缆船与电缆间的相互影响，可模拟实际海况中铺缆船施工时电缆的张力和曲率动态响应。分别采用该耦合模型方法和RAO方法计算铺缆船系统的动态响应，结果表明，RAO计算方法低估的电缆张力达9.9%。使用耦合模型方法分别建立八点系泊和四点系泊数值模型，比较了这两种系泊方案下海底电缆的动力响应，结果表明，四点系泊系统的电缆最大张力比八点系泊系统大15.9%，但二者都远小于最大允许张力。     

海上火箭回收过程中船舶耦合运动响应分析

为分析海上火箭回收过程中,船舶在火箭冲击载荷、锚泊力及波浪力耦合作用下的运动响应问题,基于有限体积法在时域计算火箭回落过程中甲板受到燃气射流冲击载荷的时历曲线。之后使用耦合算法将冲击载荷模型与船舶运动相结合,实现回收船舶动力耦合分析计算模型的建立,并在此基础上重点探讨沿船长及船宽分布的不同落点对船舶横摇、纵摇及垂荡运动的影响。得出火箭落点偏心距离的增加会增大船舶运动幅值的结论。部分结果可为海上火箭回收姿态调控提供参考数据。     

弹性垫形式的水下弹性体发射动力学分析

弹性垫会对水下运载器发射动力学产生影响,文章针对弹性垫形式,利用Lagrange方程推导了新型适配关系下的发射动力学方程,同时考虑了运载器的刚体运动、弹性变形、弹性垫变形与接触对发射过程的影响。利用文中的方法,建立了水下运载器发射动力学模型,对发射过程的载荷进行了求解,研究了弹性垫数量、刚度、位置等参数对运载器弹性振动的影响。结果表明文中方法是有效的,可用于水下运载器发射动力学分析。     

三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统，综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法，考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合，建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型；编写计算程序计算系统的固有频率，并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较，结果吻合得较好，通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较，验证了模型的正确性；最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应，为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

水陆两栖飞机波浪载荷数值模拟

针对水陆两栖飞机在波浪状态下的强非线性运动响应及安全起降需求,采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程对飞机的波浪滑水载荷进行计算。采用雷诺平均N-S方程和SST k-ω两方程模型求解非定常流场,流体体积分数法（VOF）捕捉自由液面,并与模型试验结果对比验证数值方法的可靠性。基于上述方法,研究了速度、波长、波高等参数对滑水载荷的影响规律,结果表明：滑水载荷随波高的增大而增大,但不同波高状态下的载荷差异性随波长的增加呈逐渐减小的趋势;滑水载荷与速度呈正相关;滑水载荷峰值一般发生在1.2～1.8倍机身长的短波状态,随着波长的增加,飞机的载荷逐渐减小,当波长大于4倍机身长后,飞机的载荷值趋于收敛。     

弹性浮筏系统动力学建模及冲击响应分析

浮筏隔振系统是一种集集中质量,弹簧,阻尼和弹性连续体为一体的复杂动力学系统,被广泛应用于船舶重要设备的振动隔离.本文以多体动力学和结构动力学为理论基础,对弹性浮筏隔振系统进行动力学建模,考虑筏体的刚体运动和弹性变形的耦合,由此推导出整个隔振系统的动力学振动方程.结合具体的算例,求出了弹性浮筏隔振系统的固有频率和对不同冲击激励的响应,指出了筏体的弹性变形对系统动力学性能的影响,揭示了弹性模型的全面性和合理性.该研究可对浮筏系统的优化设计提供理论依据和参考,有一定的工程意义.     

平面假设条件下基于运动方程的飞机航迹仿真

在大地平面假设条件下，建立运动方程和仿真模型，利用MATLAB对运动方程的解算进行讨论，完成对飞机六自由度和飞机实时坐标的求解。其求解过程和结果对飞机飞行航迹的实时仿真具有较高的参考价值。     

水陆两栖飞机着水冲击仿真分析

为了验证MSC.Dytran仿真软件中的一般耦合算法在处理水陆两栖飞机着水冲击问题的可行性,将仿真结果与模型着水冲击载荷试验结果进行对比,结果表明,仿真得到的飞机着水后的运动过程与试验现象一致,仿真结果与试验结果基本吻合,说明用一般耦合算法进行水陆两栖飞机着水冲击仿真是可行的。     

三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统,综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法,考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合,建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型;编写计算程序计算系统的固有频率,并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较,结果吻合得较好,通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较,验证了模型的正确性;最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应,为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

规则波浪中舰船不规则摇荡运动计算分析

采用舰船波浪中操纵性基本方法建立操纵与摇荡耦合动力学方程,简化后得到摇荡耦合动力学方程.针对文献资料进行了舰船规则斜浪中航向保持运动模拟,结果显示,规则波浪中操纵与摇荡耦合运动响应出现不规则摇荡运动现象,而摇荡耦合运动响应则不出现不规则摇荡运动现象.通过对遭遇频率的频谱分析,得到规则波浪中操纵与摇荡耦合运动的不规则响应...     

舰船甲板变形的理论研究

为了研究舰船甲板的变形,对其结构进行了简化,建立了舰船甲板受力的数学模型。分别在横向载荷、总纵弯矩及二者共同作用等3种情形下,对舰船甲板的变形特性进行了计算。计算结果表明,舰船甲板受力变形为mm级;在横向载荷作用下,舰首甲板变形最大;在总纵弯矩作用下,甲板的0.6~0.75间部位变形最大。     

滚装船在波浪中横摇时船上滑动重载荷的同步效应

滚装船中车辆等重载荷由于固定装置失效而随船摇荡作自由滑动时,往往由于反复碰撞致使在甲板上作自由滑动的重载荷随着时间增多.由于波浪和内部滑动车辆共同作用,使滚装船的横摇加剧.这是许多滚装船发生倾覆的重要原因之一.本文对由滚装船和两辆滑动车辆组成的浮基多体系统,取滚装船的横摇角和两辆自由滑动车辆在甲板上的横向位移为此系统的三个自由度,运用多体系统动力学方法,建立了系统的动力学方程.以某型海峡滚装渡轮为例,对在两辆车自由滑动和波浪共同作用下的滚装船浮基多体系统的横摇响应和车辆位移响应进行了数值计算,得出了多个自由滑动的重载荷因相互碰撞在舷侧舱壁的约束下随着时间的延长其运动将趋于同步的结论.     

基于频率采样方法的FIR甲板运动补偿器设计

航空母舰甲板垂向运动是舰载机高海况着舰误差的主要因素,为提高舰载机在高海况下的自动着舰精度,自动着舰系统采用甲板运动补偿器根据甲板垂向运动生成补偿指令,以驱动舰载机精确跟踪甲板运动,从而减少着舰误差。常规甲板运动补偿器在补偿频率范围内虽然可以实现预期补偿效果,但在补偿频率范围外存在高增益区域,对甲板运动中的高频分量起放大作用,并且将其混入生成的补偿指令中,会对舰载机飞行安全产生影响。为在有效补偿的同时减少对甲板运动高频分量的放大作用,通过对舰载机自动着舰系统的频率响应按频率进行采样,设计出离散甲板运动补偿器频率响应,采用频率采样法设计数字式有限冲击响应(FIR)甲板运动补偿器。仿真结果表明:所设计的基于频率采样方法的FIR甲板运动补偿器在有效补偿由甲板运动引起的舰载机着舰误差的同时,可有效降低甲板运动高频分量的影响,提高着舰精度。     

母船垂荡运动下拖缆响应研究

基于弯矩平衡方程和有限元离散单元法建立拖缆离散动力学模型,通过对拖缆离散方程组线性化处理,将非线性动力学方程转化为关于求解角度的线性问题。设定缆绳初始形态,通过时间迭代对方程求解得到拖曳系统稳定运动形态。母船在海面会发生升沉运动,由于母船垂荡运动对水下拖缆的耦合影响,拖曳系统稳定形态受到破坏,拖缆受力发生改变,系统可能处于危险状态。考虑母船垂荡运动的耦合效应,通过MATLAB对拖曳系统进行仿真计算,得到拖缆的运动参数和受力响应情况,对拖曳系统在实际作业中提供参考。     

非接触爆炸下纵向箱型梁舰船的极限承载能力研究

以德国F124护卫舰纵向箱型梁甲板结构型式的舱段为研究对象,采用流固耦合方法计算其在空爆作用下的甲板变形。采用阻尼因子法,对各冲击因子下箱型梁和普通甲板结构型式舱段塑性变形后的极限承载能力进行比较分析。研究结果表明:在遭受非接触爆炸冲击后,箱型梁甲板结构型式与普通甲板结构型式相比,具有变形小、变形后舰体极限承载能力下降低等优势,因而能够显著提高舰船生命力。     

基于本征函数的舰船冲击环境工程化预报方法

对舰船冲击环境理论解分析,通过数值试验建立了一种冲击环境工程化预报方法。通过分离变量法将冲击环境的预报分为特征谱速度和冲击环境本征方程两部分。特征谱速度主要与外载荷参数及舰船尺度特性相关,反映冲击载荷对冲击环境的影响程度;冲击环境本征方程与系统固有特性有关,描述冲击环境在船体结构中的衰减规律。通过典型舰船冲击环境数据对预报公式中的参数进行了分析。最后,将建立的预报方法与实船试验得到的结果进行了对比,表明了该方法的合理性和适用性,可为舰船在早期设计阶段开展抗冲击设计提供参考。     

空爆下强力甲板损伤变形后舱段剩余极限强度分析

根据德国萨克森级护卫舰在强力甲板上加装纵向箱型梁的舰体结构设计理念,评估强力甲板设置纵向箱型梁之后空中爆炸(空爆)防护能力的提高比例。选择舰船非接触式爆炸冲击载荷工况,采用ABAQUS中的CONWEP模块模拟空爆对强力甲板的冲击作用,建立普通舱段和甲板设置纵向箱型梁的舱段在强力甲板损伤之后的有限元模型,通过准静态法求解其剩余极限强度。采用三角级数对舱中处强力甲板的变形曲线进行拟合,给出描述强力甲板变形的参数,分析其与剩余极限强度保持能力之间的关系。分析结果表明:与普通舱段相比,若在强力甲板下方合适位置处设置纵向箱型梁,则当强力甲板变形参数相同时,加强后的舱段可有效提高船体自身的剩余极限强度。     

全舰（船）统一姿态基准系统中甲板变形分析

为了研究舰船甲板的变形,此文对甲板结构进行了简化,建立了甲板受力的数学模型。分别在舰船处于中垂和中拱两种状态下,对舰船甲板受横向载荷、总纵弯矩及两者共同作用下的变形进行了计算。