潜艇推进轴系纵向振动模型与解析研究

[目的]为了解决潜艇推进轴系纵向振动问题,[方法]将复杂的潜艇推进轴系简化为均匀阶梯轴系连续模型,采用波分析(WPA)法对各均匀轴段的纵向振动传递关系进行推导。结合实际推进轴系边界条件,给出推进轴系纵向振动在螺旋桨激励下的稳态响应。进一步对推进轴系纵向振动的第1阶固有频率的无量纲公式进行推导,并分析结构参数对固有频率的影响。[结果]将理论计算值与有限元软件仿真结果及实验测试值进行对比,证明了均匀阶梯轴系连续模型的可靠性,可应用于推进轴系纵向振动研究分析。得到的第1阶无量纲公式为后续对潜艇推进轴系纵向振动的分析打下基础。[结论]研究成果具有一定的工程应用价值。     

船舶直流母排电感计算及保护建模方法的研究与验证

针对船舶小容量低压直流电力系统选择性保护设计这一难题,基于直流母排杂散参数分析原理,对计算方法进行研究,提出基于经验电感率的改进计算方法,提高直流母排杂散电感参数的计算精度;另一方面,优化熔断器纯电阻简易模型,对交流熔断器这一保护器件,结合相关文献及短路试验实测数据,建立新的分阶段熔断器模型,并通过MATLAB/Simulink进行仿真,经实际短路试验验证,仿真结果精确度较高,从而验证了直流母排的计算方法与模型的正确性,在实际工程中可提升直流母排系统短路故障选择性保护方案的准确性。     

船舶直流母排电感计算及保护建模方法的研究与验证

针对船舶小容量低压直流电力系统选择性保护设计这一难题,基于直流母排杂散参数分析原理,对计算方法进行研究,提出基于经验电感率的改进计算方法,提高直流母排杂散电感参数的计算精度;另一方面,优化熔断器纯电阻简易模型,对交流熔断器这一保护器件,结合相关文献及短路试验实测数据,建立新的分阶段熔断器模型,并通过MATLAB/Simulink进行仿真,经实际短路试验验证,仿真结果精确度较高,从而验证了直流母排的计算方法与模型的正确性,在实际工程中可提升直流母排系统短路故障选择性保护方案的准确性。     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。     

基于SR-UKF的潜艇水动力系数辨识方法

[目的]针对潜艇运动模型中水动力系数难以准确获取的问题,采用平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)算法进行系统辨识。[方法]首先,以潜艇垂直面运动非线性数学模型为基础,结合SR-UKF算法,建立潜艇垂直面水动力系数辨识模型;然后,利用自动操舵控制潜艇在垂直面进行类正弦机动,将运动仿真生成的数据作为SR-UKF参数辨识的输入,并加入测量误差的影响;最后,通过数值仿真计算对潜艇垂直面机动的6个黏性无因次水动力系数进行辨识。[结果]仿真结果表明,全部待识别水动力系数在3 000 s内均收敛至固定值,通过合适的初值选取,辨识结果与水动力试验所测定标准值的最大误差仅1.5%。[结论]SR-UKF能有效应用于潜艇水动力系数辨识,并可进一步拓展用于实艇的水动力系数辨识。     

大容量铅酸蓄电池组短路特性分析研究

为了得到大容量铅酸蓄电池组的短路特性,需要测量出蓄电池组的内部电阻和电感.本文首次提出了利用突加负载实验数据与曲线获取潜艇大容量铅酸蓄电池组特性参数的方法,获得了蓄电池组的基本模型及参数.通过对蓄电池组的初始电流和电压振荡现象的分析,提出了蓄电池组突加负载试验电路的改进模型,通过试验和仿真获得了改进模型的参数.该参数作为直流电力系统短路电流计算是可行的.     

潜艇结构振动声辐射数值计算

采用有限元／边界元法对潜艇水下辐射噪声特性进行了研究。依据潜艇各种真实的结构尺寸和设备参数，利用有限元软件ANSYS建立了接近于真实潜艇的有限元模型，并利用该模型来计算潜艇在水下低速航行时200Hz以下频率段的辐射噪声。首先计算了潜艇在电机激励时非耐压壳体表面节点的位移，然后将计算所得的位移结果转换成节点速度导入SYSNOISE边界元模型，以作为边界元计算时的边界条件来研究潜艇的辐射噪声，最后将计算结果与实际测量结果进行了对比，结果显示，在63Hz以下的准确性较高，而在63—200Hz频率段的误差则较大。     

输电线路发生风偏时对建筑物最小距离的三维模拟分析

在大气环境各种气象条件、电网各种运行工况下,输电线路在风力作用下发生风偏现象[1][2]。通过对广东某供水枢纽工程拦河水闸建筑物与220k V线路安全距离进行复核,结合现地实测及线路资料,计算并采用三维设计软件模拟了220k V线路风偏导线运动轨迹,分析输电线路发生风偏时对建筑物的最小距离,为以后工程建筑物设计提供一定的参考。     

基于FLUX软件的舰船磁场计算

本文以专用的电磁场有限元分析软件FLUX为仿真计算的平台,对舰船磁场的有限元仿真计算问题进行了研究和探索。通过对舰船实体几何模型的建模、模型的有限元剖分等进行的深入研究,实现了舰船磁场的有限元计算。仿真计算结果经磁性船模实测磁场值验证,其误差小于20％,可应用于工程实践。     

基于泵控液压舵机的潜艇深度及纵倾控制

[目的]针对不同工况、复杂环境下的潜艇运动控制进行研究,解决高性能潜艇的实际控制问题并将其运用于搭建实际液压控制平台。[方法]以潜艇垂直面运动为重点,设计垂直面上纵倾和深度模型的解耦控制。基于泵控液压舵机模型和潜艇垂直面运动数学模型,运用快速终端滑模控制算法,通过仿真和试验对系统进行分析。[结果]结合液压系统模型与非线性控制算法的研究论证了该系统在潜艇垂直面运动控制上的鲁棒性与可靠性。与此同时,对液压舵机滞后、振荡性进行的仿真及试验分析,也表明系统可有效降低滑模变结构控制带来的抖振问题。[结论]该系统在模拟研究潜艇的控制特性问题方面具有工程应用价值。     

基于传输线方法的电缆耦合预测技术

针对工程中的电缆耦合问题,着重探讨了电缆耦合预测的计算方法.运用多导体传输线的理论为均匀/非均匀介质中的电缆耦合建立相应的等效电路模型,并采用计算电磁学中的有限元数值计算方法获取该电路模型里的电容、电感参数.在此基础上,借助软件工具对三条电缆间的耦合情况进行仿真计算,分析信号频率、电缆长度对电缆耦合的影响,以此作为电缆敷设的指导依据,从而实现电缆耦合预测.     

船用中压交直流电缆温度场分布对比分析

与船舶交流综合电力系统相比,直流综合电力系统具有功率密度高、易于并网、振动与噪声低等优点,应用前景广泛。随着船舶直流电力系统容量的不断增大,伴随而来的是直流电缆载流量不断增大。为了充分发挥和提升直流电缆的载流能力,将其与交流电缆的温度场特性进行对比分析。分别建立交流电缆与直流电缆的传热模型及温度分布方程,并利用有限元仿真软件进行了仿真对比研究。仿真结果表明:在相同的环境温度下,直流电缆的缆芯温升低于交流电缆,且直流电缆的温度场分布较为简单;在相同电压等级和环境温度下,参考交流电缆运行经验设定的直流电缆的参考载流量较为保守,未能充分发挥直流电缆的载流能力。     

角锥喇叭天线高空电磁脉冲响应统计特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究入射参量随机分布条件下电磁脉冲作用时角锥喇叭天线的耦合响应规律。[方法]首先,基于CST电磁仿真软件与Matlab软件联合仿真,建立角锥喇叭天线的电磁脉冲响应统计分析模型;然后,利用CST建立天线电磁脉冲响应仿真模型,通过电压驻波比、增益曲线来验证模型的合理性;接着,考虑通信系统在发射、接收等不同状态下的射频端口阻抗特性,在峰值场强50 kV/m的高空电磁脉冲(HEMP)照射下,得到天线端口耦合响应指标(包括开路电压、短路电流和负载电流等);最后,在球坐标系中设定方位角、仰角和极化角以服从均匀分布,并使用Matlab对天线负载响应波形峰值、波形能量等主要响应指标进行分布拟合。[结果]结果显示,主要信号指标概率分布大都呈“凸”字形曲线。以波形峰值为例,其响应波形峰值有90%的概率小于0.13 A,仅为最大峰值0.8 A的16.2%,即除了在特定的电磁脉冲入射范围内,角锥喇叭天线响应波形的各信号指标在大多数情况下都保持在较低水平。[结论]所得结果可为通信系统电磁脉冲易损性分析奠定基础。     

制动装置能量泄放尖峰电压的研究

大转动惯量电机实现快速停车需要制动装置配合,直流母线电缆的寄生电感与制动装置直流支撑电容匹配不合理时,容易在直流支撑电容上产生尖峰电压,严重影响制动装置对母线电压的准确调节。针对一种大功率瞬时耗能的制动装置,在考虑电路杂散参数基础上,利用拉普拉斯变换建立系统运算电路模型,通过电路暂态过程分析,推导出直流支撑电容电压振幅的表达式。改变电路中影响电压振幅的参数,进行仿真和实验,验证了理论分析和仿真计算的正确性。     

潜艇受撞数值仿真的附加质量模型

潜艇受撞有限元数值仿真计算时需要考虑流—固耦合作用的影响,可以直接采用流-固耦合模型计算,但需要花费巨大的计算时间,也可以采用附加质量模型,在不影响计算精度的前提下,可以大大减小计算时间,提高计算效率.文中分别采用增加密度和增加质量点单元质量的方法建立了两种潜艇受撞的附加质量模型,并进行了有限元数值仿真计算,通过与流—固耦合模型计算结果对比、分析,表明采用后一种方法建立的附加质量模型与流—固耦合模型的仿真计算结果比较接近,可作为潜艇受撞有限元数值仿真的计算模型.     

平台支撑的潜艇内部平面舱壁极限强度的模型试验研究

为了研究平台支撑的潜艇内部平面舱壁极限强度,根据实艇舱壁结构,按1∶2的缩尺比设计制作了一个舱壁模型,采用内压试验方法进行了模型极限承载能力的试验.利用国际通用的大型非线性有限元分析软件MSC/MARC,对舱壁模型进行了几何/材料的双重非线性的有限元分析,试验值与有限元分析计算值吻合良好.通过对模型试验结果的分析,得出了一些对指导潜艇平面舱壁结构设计有实用价值的结论.     

船舶中压直流电力系统中模块化多电平逆变器的谐波性能仿真研究

[目的]对船舶中压直流(MVDC)电力系统而言,模块化多电平逆变器(MMC)的应用是目前研究的热点。MMC的输出电压波形是否为正弦波将直接决定MVDC电网和负载的工作性能,因此改善MMC的谐波性能显得尤为重要。[方法]首先,以船舶MVDC电力系统为背景,研究MMC的谐波特性与电压等级、桥臂子模块(SM)数量之间的关系;然后,针对控制器采样周期、载波频率、调制比和桥臂电感值等参数对MMC逆变器谐波性能的影响,开展仿真对比分析。[结果]研究结果表明:较高电压等级的MMC应配置较多的子模块;当明确MMC子模块的数量后,调制比和采样周期是MMC谐波特性的主要影响因素。[结论]所得结论可为中压型MMC逆变器的参数设计提供决策依据。     

近冰面航行潜艇阻力及绕流场分析

[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。     

新型混合型限流熔断器在舰船综合电力系统中的应用分析

采用中压直流电网输配电是舰船综合电力系统的重点发展方向,但中压直流开关的分断能力不足成为中压直流电网发展的一个重要制约.本文提出在合理位置加装电弧触发式混合型限流熔断器（ATH-CLF）来限制中压直流电网短路电流的方法来解决这一问题.首先以IEEE Std 1709-2010推荐的一种舰船中压直流电网为例,建立了该电网的EMTP仿真模型和ATH-CLF的EMTP仿真模型,计算了有无ATH-CLF以及ATH-CLF安装在不同位置时各典型位置发生短路的电网短路电流及母线电压跌落.分析表明,合理的ATH-CLF加装方案可有效降低短路电流水平,并可使非故障区域的母线电压跌落在10 ms之内恢复.     

船舶电力系统短路电流计算方法适用性研究

短路电流计算是减小船舶电力系统短路故障危害的基础,但各种计算方法在同一系统的不同工况下的计算误差有所不同。为了明确不同工况下各种计算方法的适用性,减小短路计算的误差,以中压交流电力推进船舶为研究对象,分别采用GJB-173、GJB-173改进、IEC61363三种算法对短路电流值进行了计算。基于Simulink仿真软件编制了该船舶电力系统的数值仿真程序,并将短路计算结果与数值仿真结果进行了对比。通过对三种典型方法在不同运行方式下的计算结果进行的分析,给出了船舶电力系统在不同的运行方式下相适应的短路电流计算方法。