基于相对熵排序的舰船甲板气流场评价方法

为有效开展对大型舰船甲板气流场的评估工作,提出一种基于相对熵排序的气流场评价方法。首先,数值模拟3艘国外大型舰船同一工况条件下的舰面空气流场状态,给出起飞、降落跑道气流场速度和甲板面压力变化等评价气流场的关键参数,然后,根据这些指标参数建立舰船甲板气流场的评价指标体系,其重要程度需依据相关领域的多位专家通过商讨后得出,最后,引入相对熵的概念改进传统的TOPSIS方法,对3艘舰船的气流场方案进行综合评价。应用实例表明,该方法可为舰船甲板气流场评价提供一种可行、有效的新途径。     

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。     

典型舰船舱室大气环境仿真

根据流体力学和数值传热的基本原理,用CFX软件对某典型舰船动力舱室大气环境进行仿真研究,对仿真的对象从仿真的方法、过程、评估等方面作出初步研究,并将实船试验数据与仿真结果进行对比分析.通过仿真、对比分析表明,CFX软件可以实现舰船舱室大气环境的计算机辅助设计并对其流场分布进行优化.     

不同舰船机库外形下艉流场特征数值模拟研究

为了研究舰船艉流场特性,采用基于SA湍流模型的非定常脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)对典型护卫舰船艉流场进行数值模拟,研究三种不同机库外形在0°与右舷45°自由来流风向角下的非定常特性以及对舰船艉部大分离流场的影响,尤其是对舰载直升机起降环境的影响,并推导了快速预测舰船艉部回流区范围的经验公式。通过与风洞试验数据对比,验证了该计算方法的准确性。由非定常计算的时均结果与瞬时结果表明,相比两侧较低高度的机库外形,等高外形的机库不利于直升机的舰面安全起降;通过合理的降低机库高度可以有效地改善艉部飞行甲板处的起降环境;研究结果验证了经验公式对回流区范围预测的有效性。研究成果可为工程应用提供参考。     

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。     

舰船甲板结构的极限强度研究与结构优化

舰船甲板结构的强度具有非常重要的意义,是舰船安全运行的重要保障。为了提高舰船甲板在极端条件下(如导弹攻击、重物载荷等)的强度,本文首先对甲板结构强度理论进行了详细介绍,然后对舰船甲板进行了合理的简化和动力学模型建立,最后基于有限元分析软件Ansys平台进行了舰船甲板的建模、网格划分、极限强度下的载荷仿真等内容,对提高舰船甲板的安全性能有重要的意义。     

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。     

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。