简化护卫舰的尾流场优化研究

小型舰船在航行中，机库后方产生的不稳定回流区会影响舰载机在甲板上的作业。为了改善舰面流场，保障舰载机在甲板上的安全起降，基于改进的简化护卫舰外形（MSFS），首先结合计算流体力学和人工神经网络方法，预测不同的机库长度L和宽度W对应的回流区大小，建立两种神经网络下的回流区响应面，然后在该响应面上使用粒子群算法得到优化的舰船结构。结果表明：回流区长度随着L和W的变化呈现出明显的非线性变化；与数值模拟结果相比，误差逆传播神经网络得到的回流区长度最大相对误差约为0.9%，径向基函数神经网络得到的最大相对误差约为2.2%；两种神经网络下得到的预测回流区响应面在整体上较为相似，且在两个预测响应面上优化得到的最小回流区长度都为1.93H，和数值模拟结果之间的相对误差约为0.5%。     

舰载直升机起降区空气流场模拟方法研究

基于计算流体力学(CFD)技术建立了2种舰载直升机起降区空气流场的计算方法,以用于分析舰船/直升机之间的耦合干扰问题。在这2种方法中,控制方程选取N-S方程,求解方式采用隐式耦合方式,湍流模型为k-ε模型,分别使用"作用盘方法"和"运动嵌套网格方法"模拟旋翼。应用建立的方法,以SFS2简化船型、Robin旋翼和"Caradonna-Tung"旋翼分别作为算例,并与试验值进行对比,验证了方法的有效性。在此基础上,深入地进行起降区舰船/旋翼耦合流场的计算研究。研究结果表明:舰船上层建筑物的存在会引起起降区下洗速度增大,使得旋翼拉力减小;"作用盘方法"能有效地用于舰船/直升机耦合流场的分析,而"运动嵌套网格方法"可以捕捉到起降区空气流场的细节,但其需要耗费巨大的计算量。     

直升机舰上起降安全的影响因素研究

对舰载直升机起降安全因素进行系统分析,梳理其关键影响因素舰船空气流场中各特性参数对直升机操作性能的影响,介绍用于舰船空气流场测量的3种典型方法。研究表明:可通过CFD仿真、风洞试验以及实船测量三位一体的手段获取精确的直升机起降流场环境,结合直升机飞行特性获取准确的直升机载舰安全起降包线。研究结果对舰船空气流场的深入研究有重要指导意义,并可为机舰动态配合研究提供参考。     

甲板风对舰船空气尾流影响的数值研究

利用CFD仿真方法对不同甲板风风速和风向角条件下的SFS2、LHA-1及CVN-73空气尾流场进行数值模拟。研究表明,舰船空气尾流场随甲板风风速的变化符合雷诺数独立性原则,这一规律表明,对于感兴趣的风向角,只需要计算一个风速即可,因此可有效减少舰船空气尾流场研究中的工作量。但是,随着风向角的变化,舰船空气尾流场会发生剧烈改变,对于感兴趣的风向角工况必须逐一进行计算。对比分析结果显示,算例中0°~15°的风向角范围是适合舰载直升机起降操作的较理想风向角。研究结果明确了甲板风对舰船空气尾流场特性的影响,可为后续舰船空气尾流场的研究提供参考,为直升机安全操作包线的制定和固定翼飞机的安全着舰提供理论依据。     

基于舰载机起降限制的舰船气流场特性评估方法初探

对具有搭载舰载机能力的舰船而言,其气流场特性的评估取决于对相应舰载机的起降气流条件限制。通过对美国LHA型舰缩比模型的数值建模,结合两种舰载机起降的气流场限制条件对计算结果进行对比分析。在相同定常来流工况下,分别以±15°风向角对该型舰数值模型的两个起降点进行模拟取值,结合直升机和固定翼短距/垂直起落飞机的起降特性和气流限制条件,尝试提出一种评估舰船气流场特性的直观方法,并得出不同甲板气流区域受上层建筑影响的有关结论。     

面向气流场的直升机舰船上层建筑设计评估方法

开展舰船上层建筑气流场设计评估，目前尚无系统方法。提出一种直升机舰船上层建筑气流场设计定量评估方法。计算舰载直升机受非定常气流施加的力和力矩的时间历程，以力和力矩的积分平方根量化飞行员的操控负荷，以力和力矩的时间平均值量化舰载直升机的操控裕度，并将起降平台空域的温度变化或变化率作为设计评估指标。采用实例验证该方法的工程可应用性。     

基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真

水下拖曳体的艉部线型是决定其水动力性能的重要特征之一,良好的艉部线型对减小拖曳体的形状阻力系数,提高拖曳航速,减小拖缆的张力等都有积极意义。选用带十字尾翼的水下拖曳体作为研究对象,应用k-ε模型对其艉部流场特性进行精细分析,分析静压力系数Cp沿拖曳体长度方向的分布,并对水下拖曳体与尾翼交接部上游马蹄涡流动的产生及发展过程进行计算,得出拐角区的流线及流场。计算和实验结果表明,所采用的计算模型和方法合理,可在此基础上应用到其他水下拖曳体的外形优化设计中。     

海上平台高温烟气扩散数值模拟分析

以渤海某油田新建中心平台25 MW燃气透平发电机组排放的高温烟气为研究对象,参考英国标准CAP437的环境判定参数,运用KFX软件对直升机起降影响进行CFD数值模拟。根据模拟结果分析直升机甲板周围温升、湍流的分布情况对直升机起降的影响,得到直升机甲板年不可用概率值。依据计算结果验证工程方案的可行性。     

基于算法模型的肥大型船艉流场评估方法

为快速、准确评估肥大型船的艉流场,以某肥大型散货船为研究对象,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术和人工智能算法建立一种艉流场快速评估方法。分别采用数值计算方法和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术对艉流场进行计算和试验,通过将计算结果与试验结果相对比验证数值计算方法的准确性。在此基础上,采用3种人工智能算法开展模型训练并分析模型拟合情况,采用拟合度最高的算法建立艉流场快速评估模型,进而得到肥大型船艉流场评估方法。研究表明：采用CFD软件能准确模拟出肥大型散货船艉流场的实际流动状态并展示其流动细节;采用伴流均匀度等参数描述艉流场,并将其应用于基于算法模型建立的艉流场评估方法中,可快速评估艉流场的不均匀度和流动特性,为肥大型船的艉部型线优化、螺旋桨及节能装置设计提供参考。     

上层建筑结构对甲板流场影响的数值研究

对具有全通式甲板与边岛式上层建筑的船体进行数值模拟,结合直升机起降限制条件,研究不同风向下4种上层建筑结构船体对应的甲板流场结构,重点分析上层建筑结构对下冲气流和湍动能分布的影响。研究表明,上层建筑结构形式变化使建筑尾流区改变,从而影响其后的下冲气流范围;同时其对甲板流场影响与风向有关,舷向来风使绕流区增加,下冲气流范围增加,但0°和左舷风向时,上层建筑引起的"建筑下冲气流"对甲板流场几乎没有影响。采用湍动能对流场进行分析便于定量衡量,λ=0.21的I型建筑结构对应的甲板流场质量较好。     

超空泡航行体运动过程尾部振荡流场试验研究

为了揭示超空泡航行体运动过程尾部振荡机理,文章采用试验的方法对超空泡航行体自由航行过程进行了研究。试验在水池中开展,采用高速摄影观察自由航行过程超空泡形态演化规律,采用压力传感器测量航行体表面压力,采用内测装置测量了航行体运动参数,获得了超空泡航行体运动过程空泡形态、压力和运动参数变化规律。试验结果表明,在航行体运动过程中,会出现尾部上下周期撞击空泡壁振荡现象,即为尾拍效应,表现为航行体撞击空泡壁瞬间,会形成非定常气液混合区域,相反侧则出现空泡透明区域。同时,稳定空泡内压力并非一定值,泡内压力和泡内空化数均在一定范围内波动,在尾部撞击空泡壁一侧,压力不断增大,出现压力高峰,相反侧则与稳定空泡内压力基本一致。     

夹芯强度对新型液舱防护效能的影响

舰船防护液舱在高速弹体作用下会发生大变形,防护难度较大。文章对新型防护液舱结构进行了分析,建立了含方格夹层板的液舱结构模型,通过与实验数据对比验证了数值计算方法的有效性,并对不同弹体速度、不同芯层强度下的夹层板防护效能进行了比较,并进行了机理分析。研究结果表明:(1)适当降低芯层强度能降低液舱前后板测点的压力载荷和比冲量,明显降低液舱前板的塑性变形;(2)芯层强度降低提高防护效能的主要机理是减小了液舱中的超空泡滞后流;(3)液舱新型防护夹层设计应考虑具体侵彻弹体载荷,适当降低芯层强度的同时应避免防护夹层前后壁发生贴合碰撞。研究结论为新一代航母防护液舱设计提供了参考。     

基于参数化设计的浮冰区船舶冰阻力研究

基于Voronoi图采用参数化设计工具对不规则几何形状的浮冰开展参数化建模,参照真实冰区测量信息,利用遗传算法对浮冰尺度概率分布开展了优化研究。考虑不同浮冰尺度范围,采用有限元方法对船舶在浮冰区航行的冰阻力进行了数值计算。研究发现:大尺度浮冰相对于小尺度浮冰而言,破碎更为剧烈;优化浮冰尺度概率分布的冰阻力峰值总体而言大于优化前,平均值则较小;数值计算结果在较大浮冰尺度范围内与经验值较为吻合,浮冰阻力平均值随浮冰平均尺度增大呈负指数幂函数减小趋势。文中提供了一种对浮冰尺度概率分布进行校正和优化的方法,对船舶在浮冰区的阻力预报具有一定参考价值。     

水下无人航行器主动目标自动检测方法研究

水下主动目标自动检测是反映水下无人航行器目标探测能力的一项重要指标,混响背景下的主动目标自动检测是其中的难点之一。该文将主动目标自动检测转换为图像分割问题,先用形态学重建或低通滤波算法预处理声图,再用分水岭算法从梯度图像中分割出目标。在此基础上提出了一种自适应阈值选取方法。经过海试数据的检验,文中方法具有较强的稳定性,与传统的恒虚警算法相比,可以有效降低虚警率。     

船体肋骨成型检测型线配准算法

船体肋骨数字化检测系统在进行船体肋骨完工检测时,需要进行肋骨型线测量点云与理论点云的数模配准。为改善配准效率和精度,提出一种船体肋骨型线配准算法,具体步骤包括点云粗配准、第一次ICP配准、测量点云偏置和第二次ICP配准。该算法已应用到船体肋骨成型数字化检测设备中,能够提升肋骨成型检测效率和精度,是实现船体构件加工成型智能制造的重要环节。     

船舶齿轮传动装置箱体振动噪声 分析与控制研究进展

箱体作为船舶齿轮传动装置的重要组成部分,在工作过程中由于齿轮系统的激励会产生振动噪声,不仅影响船舱的舒适性,还会对船舶的安全造成威胁。针对船舶齿轮箱尺寸大、结构复杂、安装形式多样的特点,文章从振动噪声的分析方法和控制措施两方面总结了国内外近年来的研究进展。在分析方法方面,对比了采用齿轮系统-箱体全有限元模型进行振动分析与采用齿轮系统集中质量模型和箱体有限元模型进行振动分析的优缺点,评述了有限元法、边界元法、统计能量法、中频混合法等方法的特点及研究进展,总结了计入安装特征影响的方法。在控制措施方面,介绍了以降低振动噪声为目标指导齿轮箱结构改进的方法,总结了确定阻尼材料敷设位置、方式及厚度的方法。最后讨论了需要进一步研究的问题。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应试验研究

为研究舰船板架在破片与冲击波耦合作用下的变形及破损,开展了舰船板架在两种非标准圆柱形战斗部爆炸载荷作用下的毁伤效应试验。结果表明,光板在破片与冲击波耦合作用下的主要破坏模式有两种:花瓣弯曲破坏和拉伸断裂破坏。针对文中试验模型,当比例距离小于0.3时,光板出现了典型的花瓣弯曲破坏;比例距离处于0.3～0.6之间时,光板出现了典型的拉伸断裂破坏;比例距离大于0.6时,破片与冲击波耦合作用不明显。弹孔在冲击波作用下极易发生连接并形成花瓣大开口;加筋板上的筋在受到耦合载荷作用下容易出现一定程度的侧倾、弯曲和鼓起变形,但并没有断裂。     

基于ADS1202单数据链路的变流器电气量检测

针对多相大功率变流器需要采集并处理的温度、电流及电压等电气量数量多、空间分布分散的特点,本文设计了一种基于ADS1202的单数据链路的电气量检测方法。采用曼彻斯特码完成单数据链路信号传输,通过FPGA编程实现曼彻斯特码自同步解码,并使用Sink3数字滤波器对电气量进行处理。实验验证了信号调理、转换和后处理的有效性和可靠性,并实际应用于多相大功率变流器装置中电气量的分布检测。     

船舶辅机浮筏半主动非线性隔振系统振动特性分析

磁流变阻尼器因其低耗能、响应迅速等特点而被广泛应用。文章采用一种改进的Bingham模型对船舶辅机浮筏隔振装置中的非线性磁流变阻尼力进行建模。该模型简单且含滞后特性,便于理论分析。对建立的船舶辅机浮筏隔振系统的非线性动力学模型,通过平均法求解船舶辅机浮筏半主动隔振系统的理论解,并运用Matlab对理论解进行数值仿真验证。以力传递率作为评价指标,分析了磁流变阻尼器各参数对隔振效果的影响规律。研究结果可为非线性船舶辅机浮筏隔振系统的设计提供理论依据,从而能更有效地控制船舶辅机的振动。