常规潜艇燃料电池AIP的方案设计

介绍了燃料电池AIP的发展概况、特点,分析了我国常规潜艇采用燃料电池AIP的可能性及必要性。在此基础上,对燃料电池常规潜艇AIP进行方案设计,利用海军部系数法计算并选取模块功率,确定了燃料电池耗氧率以及根据续航力计算需要的储氧量,分析了3种不同规格的燃料电池功率模块对水下性能如续航力、续航时间和巡航航速的影响。方案设计结果表明,燃料电池AIP系统在我国常规潜艇中具有可行性,且在水下续航力、巡航时间等性能上比一般常规潜艇优越。     

基于斯特林发动机的第5代非核动力潜艇方案设计

对于使用斯特林发动机的第5代非核动力潜艇,研究了不同排水量下的潜艇设计方案,得到了水下最大航速、水下经济航速、水下低噪声航速、水下不间断续航力、斯特林发动机需求功率等主要技战术性能指标之间的关系,并对不同水下排水量的潜艇设计方案进行了比较。本文对于使用斯特林发动机用于第5代非核动力潜艇设计具有参考价值。     

螺旋桨空化噪声对潜艇航行隐蔽性影响分析

潜艇的螺旋桨噪声与潜艇的航速、下潜深度以及螺旋桨的特征尺度密切相关,是潜艇水下的重要噪声源。为此,定性分析潜艇螺旋桨的噪声来源,进而对螺旋桨的空化噪声特性进行定量仿真分析和实验验证。在此基础上,结合战术背景和水文条件对潜艇攻击中的搜索目标、接敌占位和攻击后的撤离规避等环节提出了具体可行的潜艇小噪声操纵控制方案,得出的结论对于减少潜艇螺旋桨空化噪声、保持潜艇声隐蔽操纵方法的作战运用具有重要的参考价值和指导意义。     

2000吨级斯特林发动机AIP潜艇方案论证研究

对采用斯特林发动机作为主动力装置的2000 t级排水量非核动力潜艇进行了方案论证研究,给出了潜艇动力装置功率、最大水下航速、经济航速、低噪声航速、水下不间断续航力、自持力等主要技战术性能指标,提出了不同的斯特林发动机动力装置方案并进行了比较。研究表明,2000 t级排水量非核动力潜艇采用斯特林发动机作为主动力装置,其主要技战术性能指标均超过现役非核动力潜艇。     

基于U-212潜艇的第5代非核动力潜艇初步设计

提出了斯特林发动机以其在潜艇AIP装置上的综合性能优势,将是第5代非核动力潜艇动力装置的首要选择。以德国U-212级潜艇为设计原型,对使用斯特林发动机的第5代非核动力潜艇进行初步设计,通过估算,得到了潜艇动力装置功率与潜艇排水量、航速之间的关系,给出了在不同潜艇排水量下的动力装置需求功率、最大水下航速、经济航速、续航力等技战术参数。     

航速对破损潜艇动力抗沉的影响分析

潜艇水下破损后,采用正确的航速对成功挽回潜艇深度和纵倾起着至关重要的作用。本文通过建立潜艇水下破损时的运动模型,并在该模型基础上就航速对破损潜艇动力抗沉效果的影响进行分析,提出了不同破损面积、不同深度情况下分别应采取的增速措施。潜艇深度越大,破损面积越大,所需的抗沉速度就越高,以迅速形成有利纵倾使艇上浮。仿真计算结果表明了所建模型的合理性以及所采取措施的可行性。     

利用蓄冷空调提高潜艇水下续航力研究

针对常规潜艇水下航行时空调机组耗电量大影响续航力的问题,提出采用蓄冷空调对现有空调制冷机组进行改造,以节省潜艇水下能耗提高续航力的方案,并对采用蓄冷空调后续航力的变化进行计算分析,结果表明常规潜艇采用蓄冷空调方案有利于提高潜艇的战术性能。     

潜艇水下旋回操纵运动特性仿真研究

潜艇水下旋回运动既是潜艇一种重要的战术机动形式,也是潜艇定深直航、变深潜浮和转向机动3种最基本、最重要的运动方式之一。在对潜艇水下旋回运动特别是水下旋回对潜艇垂直面运动和横滚面运动影响进行理论分析的基础上,结合潜艇水下旋回操纵运动数学模型,编制潜艇水下旋回操纵仿真程序,分别对不同航速条件下潜艇水下旋回操纵运动进行仿真。通过理论分析和仿真研究,得出潜艇水下旋回时航速、横倾角的变化规律和艇重尾重的操纵特性,并针对潜艇水下旋回的特点提出了相应的操纵建议。     

爆炸冲击载荷下高压气瓶及其管道系统抗冲性能优化方法研究

本文研究水下非接触爆炸冲击载荷下高压气瓶及其管道系统冲击响应动力学建模、计算方法及减振系统优化设计方法。首先通过缩聚梁建模方法建立了某高压气瓶及其管道系统动力学计算模型,使用动态设计分析方法分析该系统承受冲击载荷时的动响应特性。为实现高压气瓶及其管道系统优化设计,基于ISIGHT软件搭建优化平台,通过二次序列规划等优化算法,对高压气瓶及其管道系统多个隔振器刚度进行组合优化设计,提高了高压气瓶及其管道减震系统的缓冲抗冲隔振能力。     

潜艇混合制航行优化设计及特性研究

混合制航行工况是现代常规潜艇的主要航行方式,其主要表征指标为混合制暴露率和平均航速。在混合制总续航距离、总续航时间以及柴电机组额定功率给定的条件下,运用序列二次规划算法,计算在不同假定航行周期下,满足蓄电池组充放电平衡要求的暴露率最低和水下航速最大的航行方式,并分析了通气管航速、暴露率以及耗电能量与电池总能量的比值随水下航速变化的关系特性。结果表明提高水下航速有利于潜艇机动性的提升,但会增加潜艇潜在危险性。所得关系曲线可为潜艇在不同航行工况下制定充电计划提供参考。     

新型集成电机推进器设计研究

为了实现单轴推进潜艇,在主推进轴系故障失效状态下的应急推进,在参照吊舱推进器的基础上并结合导管桨结构形式,通过将传统电机、螺旋桨推进型式在轴向空间进一步集成,设计出新型集成电机推进器,并通过设计实例对集成电机推进器在结构特点、电机设计、水动力学仿真与模型水池试验等方面进行说明,论证集成推进器高效率、高功率密度的特点,适合于作为潜艇应急推进装置。     

舰船推进电机及螺旋桨负载模拟系统研究

当前舰船电力推进替代传统的柴油机推进已成为发展趋势,本文介绍了一种能同时模拟推进电机及螺旋桨负载特性的舰船电力推进模拟系统。首先设计了电力推进模拟系统,提出了它的控制策略;其次提出了模拟直流推进电机的设计依据,并进行了模拟直流推进电机的设计;然后介绍了2种模拟螺旋桨负载计算模型;进一步介绍了系统硬件和控制软件;最后用PSIM仿真软件和模拟装置对推进电机和螺旋桨负载在各种工况下的特性进行对比实验。实验结果表明,上述电机设计方法和系统控制策略是正确的,该电力推进模拟系统能可靠运行。     

定距桨电力推进在动力定位工况中的运行性能

分析了动力定位工况中螺旋桨的工作特性以及定距桨电力推进的调节特性。认为以满足螺旋桨额定推力为目的,推进电动机只需要低速输出额定转矩来实现,即输出功率较低。而动力定位性能预报中是以额定功率来推算的,但在实船测试纪录中却只需部分功率,这对功率节省具有重要意义。     

基于Fluent的泵桨联合推进性能分析

针对泵桨联合推进系统的船舶推进方式,利用坐标转换得到螺旋桨及喷水推进器叶轮的三维坐标,使用Gambit和Fluent对泵桨联合推进系统进行数值模拟,计算分析其推进性能,与螺旋桨单独作用相比表明,其推进性能有一定改进。     

船舶电力推进系统VC与DTC调速控制策略建模与仿真研究

为研究不同永磁同步电机调速控制策略对船舶大功率推进电机调速性能的影响和在电力推进系统中的适用性,在推进电机及其螺旋桨负载数学模型的基础上,建立永磁同步电机矢量控制(VC)系统和直接转矩控制(DTC)系统.根据实船系统建立船舶电力推进系统并进行仿真,分析在船舶加速工况下2种控制策略的调速性能以及船舶电站的稳定性.仿真结果表明;2种控制策略都有很好的控制效果,在保证良好的调速性能同时,保持整个系统的稳定性,二者在船舶电力推进系统中都具有一定的适用性.     

水下航行器对转螺旋桨用双转子永磁推进电机研究

为实现水下航行器高效稳定运行,将对转永磁同步电动机应用到对转螺旋桨推进系统中,不仅能够简化推进系统结构、减小体积、降低重量和成本,而且没有电刷滑环,运行更加安全可靠.本文模拟双转子在推进器不同扰动情况,观察电流、转速和转矩响应.针对双转子永磁电机的转速控制精度不高和解决两边转子带不平衡负载时转矩扰动问题,设计一种积分型滑模变结构控制器.该仿真结果表明,控制器使系统具有快速性和精确性且对负载扰动具有较强的鲁棒性.     

船舶电力推进的自控式同步电动机驱动控制

本文从同步电机矢量控制原理出发,在MATLAB/Simulink环境下建立了自控式同步电机驱动控制系统,用于船舶电力推进的系统建模与仿真,通过对船舶螺旋桨转速控制的数字仿真,表明设计的控制系统具有转速响应快、稳定性好和指令跟踪能力强等特点,能满足电力推进船舶主动力的要求。     

吊舱式船舶电力推进实验系统的设计

介绍了吊舱式电力推进实验系统的硬件装置设计、推进系统控制策略、回转系统控制策略以及船桨模型仿真。此系统应用变频传动、电机控制、可编程控制器、总线通信等技术,主要构成部件有驾控台、机旁台、吊舱推进子系统、回转控制子系统等,整合了物理硬件设备和软件仿真,实现了就地控制和远程控制,为研究吊舱式电力推进系统提供了实验平台。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

吊舱式液压推进系统——舰艇推进新模式探讨

提出吊舱式液压推进系统的功能和原理框图及系统组成;对系统的主要部件如螺旋桨、液压马达、液压泵等的设计进行了探讨;指出吊舱式液压推进系统的优点,并与吊舱式电力推进系统相比较;对实施该系统应该事先研究的问题作了分析,并提出解决的措施。最后得出结论:吊舱式液压推进与吊舱式电力推进有很多共同的优点,但是,吊舱式液压推进更占优势,具有更诱人的发展和推广的潜力。