航态对大型船舶甲板气流场的影响

在船舶气流场的研究中,对气流场涡量的研究尚不充分。针对目前尚缺乏大型船舶甲板气流场总体评估方法的现状,提出气流场涡量及涡量离散度的评估方法,并基于纳维—斯托克斯方程及FLUENT软件对大型船舶甲板气流场进行数值计算,选取气流场若干横截面,计算各截面涡量,进而得到甲板气流场涡量总体情况,对比分析大型船舶在不同横倾角度下气流场分布情况及涡量、涡量离散度的变化,综合评估大型船舶甲板飞机起降、其他甲板作业情况以及大型船舶的总体性能。     

基于AHP法的大型舰船飞行甲板的火灾风险评价模型

对火灾风险因素进行分析,从大型舰船飞行甲板的被动防火能力、主动灭火能力、安全管理水平三个方面建立火灾风险评价指标体系。基于AHP法建立大型舰船飞行甲板火灾风险评价模型,获得风险参数权重的大小以及风险因素的参数,并应用此模型对尼米兹级航母进行评价。     

两种飞行甲板形式的舰船空气流场特性比较

搭载固定翼飞机的水面舰船受多种因素的影响,通常会采用多种飞行甲板形式,尤其是在没有配备弹射器但搭载有固定翼飞机的舰船上,是否采用滑跃式起飞甲板,采用后舰面空气流场会有哪些变化是在总布置设计必须要讨论的问题.本文通过在定常条件下,同一船型上采用的2种飞行甲板舰面布置方案进行了多个工况的空气流场模拟计算,对计算结果进行分析,观察模拟出的二维/三位流线形态,对舰船采用不同飞行甲板形式的气流场特性进行了初步的探讨.     

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。     

大型船舶空气尾流场特性的综合分析

大型船舶空气尾流场对飞机海上降落安全有重要的影响,研究空气尾流场特性对保障飞机安全、大型船舶海上活动有重要的意义。本文分别从数值模拟和实验2种角度综合分析大型船舶空气尾流场特性。研究中根据实际情况将甲板风风向风速差异分为9种工况条件,结果表明:甲板风风向角为-7°时空气尾流场气流扰动相对最弱,对飞机海上降落影响最小;上层建筑后部气流扰动对空气尾流场有明显的影响,而这是以往研究中忽略的因素。研究发现飞机海上降落所经过的下滑道气流场中存在气流转换区和下沉气流显著区,是飞机海上安全降落及空气尾流场防治中需重点关注的区域。     

舰船气流场品质评估指标研究

舰船甲板气流场是载机舰船水线以上船体、上层建筑等的几何外形及布置设计的一个不能忽略的因素,它直接影响舰载机的起降安全。但目前还没有系统的舰船气流场品质评估指标。本文基于国内外舰船气流场研究成果,提出舰船气流场品质评估指标,主要包括速度大小和梯度、涡、湍流强度、频域谱等,并以一简化护卫舰模型(SFS)为计算对象,利用提出的评估指标对其进行评估,将数值模拟结果与试验进行对比,旨在为今后载机舰船气流场评估和水线以上船体外形及上层建筑设计提供借鉴。     

舰船气流场品质评估指标研究

舰船甲板气流场是载机舰船水线以上船体、上层建筑等的几何外形及布置设计的一个不能忽略的因素,它直接影响舰载机的起降安全.但目前还没有系统的舰船气流场品质评估指标.本文基于国内外舰船气流场研究成果,提出舰船气流场品质评估指标,主要包括速度大小和梯度、涡、湍流强度、频域谱等,并以一简化护卫舰模型(SFS)为计算对象,利用提出的评估指标对其进行评估,将数值模拟结果与试验进行对比,旨在为今后载机舰船气流场评估和水线以上船体外形及上层建筑设计提供借鉴.     

上层建筑形式及布局对舰船空气流场的影响

舰船上层建筑是诱发舰船舰面空气湍流的主要因素,对于具有全通飞行甲板的舰船,其岛式上层建筑的外形及布置则出现了多样化的趋势,对迎风方向后方的气流场形态势必会产生影响.为了解上层建筑外形及布局形式的变化对舰船空气流场,尤其是对舰载机起降影响的初步规律,通过定常同等试验工况条件下,建立多种形式的上层建筑以及变化研究模型上层建筑纵向的布置位置的数值三维模型,对5种模型分别进行数值模拟计算,分析和观察由此产生的气流场变化,对计算结果进行取值分析.通过各模型及原型舰模型间气流场特性的对比,所得出的有关结论与目前实际的舰船产品所采用的布置形式决策是一致的.     

基于数值仿真和TOPSIS的舰船甲板流场质量分析

为了能够较便捷的对舰船甲板气流场进行评价,本文在数值仿真的基础上采用基于改进优劣解距离法(TOPSIS)对甲板流场进行排序。此外,评估了不同风向和风速条件下的流场,并与数值结果进行比较。结果表明,运用TOPSIS方法对SFS2舰船在不同工况下的流场质量进行优劣排序,可以得到与数值仿真相同的规律;在相同的相对风速下,关键点的侧风风速越大,流场质量越差;TOPSIS法的评估结果与研究关键点位置的选取有关。     

烟囱热排烟对舰船甲板风下洗影响的大涡模拟

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究迎面来风条件下、烟囱热排烟对舰船甲板风下洗气流的影响,得到舰船飞行甲板上空下洗与航向、横向速度随时间的变化。较无热烟气排出,热排烟使飞行甲板上方的下洗速度时均值减小,其脉动幅度增加;飞行甲板上距离机库门相同的位置上,越靠近首尾对称面,热排烟对下洗速度的影响越大;越靠近舰尾区域,热排烟对飞行甲板风下洗速度的影响越小。     

烟囱热排烟对舰船甲板风下洗影响的大涡模拟

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究迎面来风条件下、烟囱热排烟对舰船甲板风下洗气流的影响,得到舰船飞行甲板上空下洗与航向、横向速度随时间的变化。较无热烟气排出,热排烟使飞行甲板上方的下洗速度时均值减小,其脉动幅度增加;飞行甲板上距离机库门相同的位置上,越靠近首尾对称面,热排烟对下洗速度的影响越大;越靠近舰尾区域,热排烟对飞行甲板风下洗速度的影响越小。     

不同工况条件对舰船舰面空气流场的影响

随着舰载机及精密电子设备普遍装备现代舰船,与之相关的安全性及可靠性影响因素也逐渐受到关注[1].舰船舰面气流场对舰载机的安全起降影响显著.在不同的工况条件下,舰船气流场会产生变化,进而影响到舰载机的安全作业.本文利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行数值模拟计算,观察工况条件发生变化时模型舰面气流场的变化情况.从模型的选取、参考舰船舰载机起降方式等方面加以讨论,对不同工况条件下舰船空气流场的数值计算结果进行了对比和分析.     

舰船气流场数值仿真对模型处理的敏感性分析

分别以国际通用简化载机护卫舰模型(SFS)和美国航母模型为对象,通过舰船气流场数值模拟对舰岛几何简化(不同形状)、边界层的处理等敏感性进行了研究分析,得到的主要结论为:舰船整体气流场特征对舰岛(舰桥)的几何简化(形状)不敏感,除在风向方向,舰岛后方的有限区域内气流场特征有所不同外,其他区域流场特征基本不变。对于护卫舰的飞行甲板关注空域、航母后方的着舰路径空间点位置,舰岛的几何简化(不同形状)对这些区域流场特征的影响可以忽略。舰船整体气流场特征对舰船壁面边界条件的处理方式也呈现不敏感特性,对于非结构网格,近壁区网格无须采用菱柱形网格,y+在o(10)~o(1 000)范围内均得到了基本一致的结果。由于舰船整体气流场特征对边界层的不敏感性,建议采用无粘假设对舰船整体气流场进行数值仿真。     

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。     

接触爆炸下舰船强力甲板塑性动态响应特性研究

基于舰船强力甲板结构和接触爆炸工况设计,采用非线性有限元计算方法对在不同炸药量下、不同尺寸的纵桁和强横梁的强力甲板进行接触爆炸数值模拟。分析球形炸药接触爆炸下空气冲击波的压力分布以及对甲板的冲击过程,结果显示强力甲板结构在接触爆炸下呈现出3种破坏模式,并通过定义构件相对强度因子,提出了破坏模式的判别条件,初步揭示舰船强力甲板在接触爆炸下的塑性动态响应特性。     

基于响应面法的强力甲板结构优化设计

对于大型散货船,强力甲板是船体承受总纵弯矩及局部载荷的主要构件。特别是在压载工况下,强力甲板易出现结构问题,因此合理的强力甲板设计对船舶结构安全性和经济性十分重要。提出了基于响应面法的船体结构优化方法,并对一艘76 000 DWT散货船货舱段的强力甲板结构进行优化设计以验证该方法的有效性。在不同板厚尺寸、相同工况下进行甲板参数的灵敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力的基础上,应用响应面法的均匀设计试验方法,得出该舱段强力甲板最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度以及规范要求的最小厚度的约束条件下,对该舱段的强力甲板结构厚度进行优化。所得的优化结果说明该优化设计方法在实际工程中具有应用价值。     

规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究北大核心CSCD

[目的]波浪中纯稳性丧失是第二代舰船完整稳性中稳性薄弱性的衡准之一。针对波浪中大倾斜角稳性计算发散问题,[方法]以静水面坐标系为基准,定义了广义纵倾角和广义吃水变量,推导出物理含义清晰的波面方程。在Froude-Krylov假定条件下,结合AutoCAD二维图形面域计算技术和VBA编程方法,提出了规则波浪中舰船纯稳性丧失的计算方法。针对一艘具有阶梯式甲板的舰船,计算了规则波浪中舰船复原力臂曲线,证明大横倾状态具有一致收敛性。[结果]计算得到了规则波浪中稳性变化规律:纵向波浪中,波面高于甲板或低于船底导致有效水线面消失是稳性降低的主要原因;斜浪和正横浪中,波面相对船体横剖面倾斜引起的不对称性,是稳性大幅度降低的主要原因。[结论]计算收敛一致性表明,基于广义纵倾角定义的计算方法可成为评估舰船波浪中纯稳性丧失的有效手段。     

规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究

[目的]波浪中纯稳性丧失是第二代舰船完整稳性中稳性薄弱性的衡准之一。针对波浪中大倾斜角稳性计算发散问题,[方法]以静水面坐标系为基准,定义了广义纵倾角和广义吃水变量,推导出物理含义清晰的波面方程。在Froude-Krylov假定条件下,结合AutoCAD二维图形面域计算技术和VBA编程方法,提出了规则波浪中舰船纯稳性丧失的计算方法。针对一艘具有阶梯式甲板的舰船,计算了规则波浪中舰船复原力臂曲线,证明大横倾状态具有一致收敛性。[结果]计算得到了规则波浪中稳性变化规律:纵向波浪中,波面高于甲板或低于船底导致有效水线面消失是稳性降低的主要原因;斜浪和正横浪中,波面相对船体横剖面倾斜引起的不对称性,是稳性大幅度降低的主要原因。[结论]计算收敛一致性表明,基于广义纵倾角定义的计算方法可成为评估舰船波浪中纯稳性丧失的有效手段。     

基于疲劳强度的舰船甲板支撑结构设计方法

舰船甲板支撑结构在受到高强度的海水和载重的压力作用时,容易产生断裂,为了提高舰船甲板支撑结构的抗压强度,提出一种基于疲劳强度优化的舰船甲板支撑结构设计方法。构建舰船甲板支撑结构的疲劳应力分布和屈服响应模型,采用有限元分析方法进行舰船甲板支撑结构的断裂行为评估和抗压能力预测,构建舰船甲板的机械荷载力学方程,通过对方程的优化求解得到满足最大疲劳强度和承载能力的应力系数,以此指导舰船甲板支撑结构设计。仿真测试结果表明,采用该方法进行舰船甲板支撑结构设计能提高支撑结构的载荷,疲劳应力强度得到提升。     

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。