气垫围裙连接结构数值仿真及改进设计

[目的]气垫围裙连接结构设计目前多采用经验公式的方法,采用数值仿真方法的较少.针对围裙连接结构的特殊性,提出考虑螺栓连接、多构件复杂接触以及围裙与金属构件相互作用等因素的连接件三维有限元模型构建方法,从而为围裙连接结构设计提供有效的手段.[方法]以气垫船艏部围裙连接结构为例,构建相应的精细化模型,然后根据某气垫船围裙系...     

全垫升气垫船高速埋首与低速侧翻的机理分析及应对措施

全垫升气垫船设有独特的柔性围裙系统,高速埋首是气垫船特有的三大安全风险之一。随着围裙技术的发展以及操控安全限界的规范,气垫船发生埋首的概率越来越低,但在实际使用中,高速埋首与低速大幅横倾仍时有发生,若应对不当,仍然会存在危险。文章介绍了国内外有关试验研究情况,结合气垫兴波计算对气垫船高速埋首与低速侧翻的机理进行理论分析,并总结了克服埋首与侧翻的技术措施,使用中的预防手段,以及发生高速埋首或低速大幅横倾时的操纵应对措施。     

气垫船优化设计探讨

主要针对气垫船总体优化设计,提出了影响气垫船总体性能的气垫参数,通过寻找气垫参数与阻力性能、耐波性、运输效率、推进效率、垫升效率之间的相互关系,分析了气垫参数影响总体性能的变化规律.在此基础上探讨了气垫参数对总体性能的综合影响,以寻求综合性能最佳为目标,提出了气垫参数较为合理的取值范围.     

大型全垫升气垫船设计初探

通过对全垫升气垫船气垫参数、动力系统、围裙系统、横稳性和操纵性等方面进行分析,对大型全垫升气垫船的设计进行初步的探索。     

水下吹除排污过程气体射流噪声数值模拟

[目的]研究水下航行体污水吹除产生的辐射噪声的规律特性和影响因素。[方法]基于大涡模拟(LES)与FW-H方程计算方法,对航行体贮容器排污过程进行流场分析和辐射噪声定量计算。[结果]数值模拟与实验结果均表明,辐射噪声主要受吹除压力和背压压差的影响,压差越大,辐射噪声越大,且其基本不受吹除背压影响。贮容器内水排空后,水下直接喷射排气会产生辐射噪声的"拐点",排气噪声显著上升;频谱图呈现低频特性,频率主要分布在1 500 Hz以内,且有明显峰值。[结论]为控制舰船水下吹除排污过程的辐射噪声量级,应尽量控制排气压差,并防止高压气体直接喷射至海中。     

CATIA二次开发实现全垫升气垫船性能 计算结果的可视化

全垫升气垫船对质量要求严苛,使船体浮箱结构薄弱;可两栖登陆,使浮箱破舱风险大,水密分舱只能加密。通过CATIA二次开发,实现了密集水密分舱破损计算结果的可视化,便于驾驶员基于浮箱上破口尺寸与位置,快速评估对破损进水以及船姿态的影响。CATIA气垫兴波波形的三维可视化,可直观地观察波面与气垫围线的相互关系,利于求取及理解船带漂角斜航时兴波对阻力及姿态的影响。船在波浪上航行时,随波起伏引起气垫压力波动,将外界载荷传递至船体与柔性围裙,实现气垫压力动态测试结果可视化,便于对比分析压力波动空间分布变化。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

气垫船模围裙振动平台试验与理论研究

结合气垫船模围裙振动试验平台项目,用L abV IEW语言开发了该试验平台的测试系统,并测得某中型气垫船相应船模的升沉、纵摇与横摇的频率响应。利用传递矩阵的形式推导了耐波性计算公式,对该船模相应实船进行理论计算,验证了气垫内空气可压缩性对该类大中型气垫船升沉运动响应的重要性。同时分析了实船计算结果与振动平台试验值之间存在差别的原因。     

全垫升气垫船高速侧滑后行为的理论与试验研究

全垫升气垫船高速航行时若操作不当,容易发生侧滑。由于气垫兴波的存在,侧滑后易引起大幅横倾,给围裙、船体结构造成损坏,严重情况下甚至会横向翻船。文章通过气垫兴波理论计算,分析侧滑时垫态横稳性急剧下降的原因,获得特定长宽比下的兴波阻力,对全垫升气垫船高速侧滑后的行为进行理论分析,并与船模试验、实船试验结果进行对比,表明船自身气垫兴波是造成侧滑大幅横倾的主因,侧部围裙下部开式手指兜水是造成侧滑速度快速下降的主因,也是围裙过载损坏的重要因素。文中介绍了国内不同气垫密度两种实船的意外侧滑情况,并与美国气垫登陆艇侧滑实船试验进行对比分析,得出一些有价值的结论,并提出高速侧滑后避免大幅横倾的应对措施建议。     

气垫船波浪载荷预报方法研究

高速气垫船对船体结构重量控制严格,而合理确定作用于船体的波浪载荷是结构设计、优化和安全性评估的基础。本文在气垫船船体结构受力特点分析的基础上,采用“分段船模”模型试验方法对目标气垫船开展了波浪载荷预报研究,重点解决了试验模型垫升系统动力特征相似、重量控制等关键问题。试验结果能反映目标气垫船围裙气垫的响应特点,说明所用分段船模试验方法预报气垫船运动与载荷的结果可信。基于此,对目标气垫船波浪载荷设计值的规范计算结果表明,给定的载荷规范计算方法可为气垫船结构设计提供参考。     

我国研制气垫船始末

气垫船是利用大功率风机将高压空气压入船底形成气垫，将船体托离水面从而高速航行的船只。40多年来，我国依靠自己的技术力量，通过原理研究、模型试验和试用，已基本掌握了全垫升式和侧壁式气垫船技术，进入实用化船型研制和应用阶段。[编者按]     

舰船低频水下辐射噪声数值计算方法对比研究

针对舰船在低频域内考虑流固或声固耦合作用的振动与声辐射计算问题,探讨了流固耦合与声固耦合动力学方程的等效性条件及两者差异,同时指出流固耦合方程与声固耦合方程在水下辐射噪声计算中不可联立求解或关联求解,进而结合国内研究现况归纳出舰船水下辐射噪声四种数值计算方法。以某小水线面双体船(SWATH)为例,采用声功率作为评价标准,比较各类方法在建模难度、求解规模、计算精度和效率等方面的优劣。研究表明,四种数值算法的计算结果均能满足工程需要,但采用声固耦合分析模式计算低频域水下辐射噪声较流固耦合分析模式在计算精度上有一定程度的提高。推荐声固耦合分析模式的耦合间接边界元(IBEM)方法为舰船水下声辐射数值预报首选方法,可为国内舰船水下辐射噪声计算提供参考与建议。     

尾后轴承刚度对潜艇结构声辐射特性的影响

研究潜艇结构振动、声辐射特性随尾后轴承刚度改变的变化规律,对潜艇减振降噪具有十分重要的意义。从振源振动传递路径的声学设计的角度出发,以改变靠近螺旋桨的尾后轴承的刚度为具体措施,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究潜艇结构振动、辐射噪声谱峰频率和峰值的变化规律。从计算结果可以看出:在低频段,随着尾后轴承刚度的增大,谱峰频率明显向高频移动,第一峰值呈先减小后增大趋势,第二峰值呈明显增大趋势;尾后轴承刚度越小,除第一个谱峰频率附近的窄频带外,在整个计算频段范围内,振动和辐射噪声明显减小。因此,改变尾后轴承刚度,可以使谱峰频率向高频或低频移动,这样就能够使设备激振力的谱峰频率与结构振动及辐射噪声的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制;降低尾后轴承刚度,在一定频段范围内,能够明显降低潜艇振动和辐射噪声。     

考虑自由液面波形的舰船水下辐射噪声计算方法

本文针对具有Wigley船型的护卫舰,基于URANS方法采用SST k-ω湍流模型,数值模拟了该舰静水匀速航行的绕流流场,并导出自由液面的波形作为后续声学计算的边界条件。采用声学有限元自动匹配层(FEM–AML)方法,建立了该舰声固耦合计算模型,取船体结构前2 154阶干模态作为声固耦合响应分析的模态基。给出了考虑自由液面波形的水下辐射噪声计算方法,建立了自由液面分别为波面与平面两种声学计算模型,计算了该舰1-80 Hz低频域机械噪声源激励下的辐射声功率级,并比较两种声学模型对计算精度的影响。研究表明,自由液面的波形对Wigley舰机械噪声计算精度有一定影响,且影响程度随频率的增大而增加,自由液面为平面的声学模型计算结果偏大,两者总辐射声功率级相差约0.8 dB。     

多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率

文章研究了多源随机激励下多舱段圆柱壳的辐射声功率合成规律。在水下多舱段壳体振动声辐射数值计算模型的基础上,采用统计方法处理多源随机激励的辐射声功率。讨论了源的相干性、激励位置、间距和舱壁对总辐射声功率的影响。数值计算表明:在声波波长大于壳体一半长度的低频段,无论两个源是否位于同一舱段都要考虑源的相干性影响;在环频率以上的高频段源相干性的影响可以忽略,多个源随机激励满足能量叠加原理;而在中频段可以只考虑位于同一舱段内源的相干性的影响。     

美国气垫登陆艇主动力装置的发展及其对总布置的影响

全垫升气垫船垫态高速运行于水气界面,类似于飞机,因此对重量要求极为苛刻。具有水陆两栖性的气垫登陆艇属于全垫升气垫船,主要运载主战坦克等重型装备实现超越式干登陆,其装载量大而主尺度又往往受限,故只能采用单位重量功率大的小档燃气轮机作为主动力。美国气垫登陆艇代表了目前气垫船的最高技术水平,因装载需要而采用首尾贯通的敞开式装载甲板,其边岛式上层建筑留给燃气轮机的布置空间十分有限,并且高温、高湿、高盐的工作环境对船用燃气轮机提出了更高要求。文中介绍了TF系列船用燃气轮机在JEFF A/B、LCAC、LCAC(SLEP)、SSC上的应用,并就其技术发展对总布置的影响进行了初步分析。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

部分浸没悬臂平板的声振特性

研究水下结构的声辐射问题时,流体声介质通常被假设为无限域,然而对于大部分水面海洋结构物,则是部分浸没在水中,自由液面的作用不可忽略。通过构造反对称边界条件来考虑自由液面的影响,采用有限元法结合间接边界元法研究水中部分浸没悬臂平板的振动和声辐射特性。首先,计算悬臂平板在不同浸没深度下的固有频率和模态振型,并与已有文献的算例进行对比分析,验证该方法的正确性;然后,对半浸没悬臂板的声辐射特性进行计算,并讨论载荷位置和浸没深度对平板声振特性的影响。研究表明:平板在水中的固有频率随着浸没深度的增加而降低;载荷位置对平板辐射声功率级有影响且和频率有关;平板辐射声功率是随着浸没深度的增加而增大,低频段辐射声功率曲线的峰值随着深度的增大有向低频移动的趋势。     

气垫船高速纵稳性与艏裙流体动力性能分析

在气动力与水动力的联合作用下,艏部围裙的响应度及抗缩进能力与气垫船的阻力、纵稳性及耐波性密切相关。该文结合气垫船的升沉、纵倾及艏部围裙在气动力和水动力联合作用下的响应特性,对全垫升气垫船艏部围裙响应性能、抗缩进性能和高速纵稳性计算方法进行了初步的探讨和研究。