不同护卫舰船型飞行甲板气流场特征研究

为了研究舰船气流场特征,对简化船型SFS1和SFS2以及实体护卫舰船型进行数值模拟,与风洞实验数据对比验证,分析了飞行甲板周围气流场特征．通过对SFS1船型的计算,得到了舰船中心表面压力系数的分布,发现涡在机库顶端分离、脱落并且再附着于飞行甲板,验证了飞行甲板表面马蹄涡的存在．算例结果表明护卫舰船体结构对空气的阻滞作用是涡分离和脱落的重要驱动力．对于实体护卫舰船型分别计算了0°和右舷30°风向角时的气流场工况,分析发现机库结构的形状和尺寸会影响飞行甲板周围涡旋的强度和位置．在0°风向角时,机库门敞开有助于改善飞行甲板的气流场状况．     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

典型护卫舰飞行甲板空气流场数值模拟

为研究护卫舰飞行甲板气流场特性,获得较高精度的流场数据用于飞行仿真,利用FLUENT对孤立简化护卫舰进行数值模拟.通过合理的网格划分以及对求解方法的验证,讨论了不同网格形式及雷诺数对计算结果的影响,分析了不同湍流模型对于舰船流场计算适用性,准确捕捉了飞行甲板处涡脱落频谱特征,提高了舰船气流场计算数据精确度.研究结果表明,对于一些精确度要求较高的舰船流场计算,ILES模型较为合适.     

舰船空气流场数值模拟及特性分析

应用计算流体力学技术对舰船空气流场进行数值模拟,对比了求解雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)与分离涡模拟(DES)的结果,总结了2种方法在舰船流场模拟中的特点。结果表明,舰船空气流场呈现出非稳态特征,基于RANS的数值模拟精度不足,而DES方法能够较为准确地捕捉流场中涡的生成和脱落,且与实验符合较好。接着采用DES方法对航母空气流场进行模拟,对比了不同风向下流场中的涡流特征及其对舰载机进舰轨迹上速度分布的影响。发现航母舰岛、甲板等钝体边缘产生相互干扰的复杂涡系,其导致舰载机进舰轨迹上产生强烈的速度波动,这种波动主要集中在航母后部甲板及邻近的尾流区,且随着时间的推进而变化,呈现一定的周期性。     

护卫舰气流场数值计算研究

为了研究护卫舰直升机平台气流场特征,提高舰载机起降安全性,利用FLUENT对孤立护卫舰简化船型SFS2进行数值模拟.计算结果与风洞实验数据对比验证,分析准确计算直升机平台周围气流场特征的数值计算方法.讨论不同网格数量,求解方法对流场计算结果的影响.利用FLUENT的UDF接口,加载在剪切流场中有更好表现能力的LK和MMK湍流模型,提高舰船气流场计算数据准确性.研究表明,气流场计算中使用稳态计算结果可以满足计算精度同时节省计算时间,LK和MMK模型可以更好地应用于护卫舰气流场计算,研究结果可以为气流场工程计算提供重要参考.     

主动射流控制对直升机着舰飞行的影响分析

为改善直升机舰面起降过程中起降安全性,基于单向耦合策略建立了一套适用于直升机/舰船动态界面（dynamic interface）研究的数值模拟方法,针对不同主动射流方案对侧风状态下直升机着舰过程中的影响进行了分析。首先,采用分离涡模拟（DES）方法获得不同射流方案下的艉流场数据,随后,将艉流场数据通过单向耦合的方式与直升机飞行动力学模型耦合,得到直升机在着舰过程受到的气动载荷与操纵量变化。从非定常载荷水平与操纵特性的角度,分析不同主动射流方案对舰船艉流场的非定常特征的影响。结果表明:射流装置安装在机库迎风侧水平边缘及垂直边缘均可以有效抑制直升机着舰过程中的非定常载荷水平。其中,垂直边缘射流方案能够实现舰艉流非定常特征与空间特征的解耦,保持直升机操纵余量不会降低;水平边缘射流方案则会增大艉流场侧洗分量,降低脚蹬操纵余量。而随着射流速度增加,垂直边缘射流方案控制效果会不断降低;水平边缘射流方案控制效果会先增高后降低。     

应用改进TOPSIS法的舰船气流场方案评价

为解决大型舰船甲板气流场评估阶段决策方法相对缺乏的问题,针对其各个影响参数之间评价的相似性的特点,初步构建舰船气流场评估指标体系,并将邓氏和斜率灰色关联度法相结合,改进了TOPSIS法.在此基础上,数值模拟了相同工况条件下3艘国外大型舰船的甲板空气流场状态,根据起飞、降落跑道速度和甲板面涡系变化等一系列评价气流场的关键参数,提出舰船甲板气流场的评价方法,进而对3艘大型舰船的甲板气流场进行综合评价.实例结果表明,应用改进TOPSIS法可以根据不同舰船气流场指标间的差异,对不同舰船甲板气流场方案予以评价,同时该方法可为今后舰船气流场评估提供一套有效、可行的新方法.     

旋翼模型垂直下降状态气动特性风洞试验

直升机垂直下降状态中包含极为危险的涡环状态.为提高对涡环状态的认识以及掌握其气动载荷、流场变化,并为相应数值模拟及飞行仿真提供试验数据,采用直升机垂直升降试验台以及大视场PIV试验测量系统在Φ5 m立式风洞对Bo-105旋翼模型进行了垂直下降状态的气动载荷以及流场测量.在桨尖马赫数相似的情况下,得到了该旋翼模型在不同总距、不同下降速度情况下的平均拉力和功率变化,以及较大范围的详细流场图像,分析了旋翼模型气动载荷变化现象,并进一步揭示了旋翼模型垂直下降状态下流场的演化发展过程.试验研究表明:旋翼模型垂直下降速度达到8 m/s后,拉力和功率急剧下降,且其各自均方根误差值显著增大;旋翼模型总距越小,对应的旋翼拉力值随垂直下降速度增大而迅速减小,越易进入"涡环状态";桨尖涡结构不稳定的主要内因是形成了"涡对"结构,相邻桨尖涡之间的距离越近,桨尖涡越不稳定;桨尖涡聚集形成"涡环"以及涡环结构的动态演化是旋翼性能突变的关键因素.     

船舶运动姿态极短期预报研究

舰载机着舰是对海上飞行要求极高的作业,对舰船未来时刻的运动姿态进行预报,可以避免舰载机同飞行甲板的剧烈碰撞,保证舰载机在有风浪的海上安全起降。本文根据船舶运动特点,分析了船舶在海上航行时的运动过程。利用船舶运动的测量数据和艏前波值运用时间序列分析方法建立了船舶运动的数学模型并给出运动姿态的预报值。通过本方法的研究可以得到满意的船舶运动预报值。     

考虑空间约束的舰载机作业调度模型研究

舰载机的舰面调度是受空间限制的多任务复杂问题,是舰船完成作战效能的重要保证.本文分析了舰载机作业的基本流程以及甲板空间因素对舰载机作业的影响,将舰载机及其相关作业的调运空间和作业空间定义为资源,利用多模式资源受限项目调度问题研究方法,建立了资源受限舰载机机群调度数学模型.基于启发式算法完成了舰载机作业调度计划求解算法设计,并对给定算例进行求解.实例研究结果表明,该模型和算法可以为舰载机作业调度规划提供技术支持.     

基于改进人工蜂群算法的大型舰船主尺度优化

针对大型舰船方案设计的具体特点,选择了飞行甲板面积最大化、初稳性高最合理化、估算阻力最小化和横摇固有周期最大化等4个优化目标,建立了适用于大型舰船主尺度优化设计的多目标模型,并基于最小偏差法建立了统一的目标函数。采用人工蜂群算法对优化模型进行了求解,并对人工蜂群算法的初始化方法和观察蜂的选择机制进行了改进,通过仿真计算,验证了人工蜂群算法求解复杂问题的优越性和改进策略的合理性,以及该算法在船舶设计中应用的可行性。     

海上布放系统的建模与间隙研究

使用虚拟样机技术和正交试验设计技术对海上布放系统进行了设计研究。建立了船舶的运动模型和甲板起重机的动力学模型，采取正交试验设计的方法对布放过程中工作设备与船舶的动态间隙进行了研究，仿真结果表明更大的航行速度和绳子的释放速度、工作在横摇状态下比纵摇状态下布放过程更安全。     

方形波浪中船舶运动特性及安全航行策略

为了研究船舶在多向波与单向波中运动响应的差异性,基于计算流体动力学(CFD)方法和流体体积法（VOF）造波技术建立方形波浪的数值模拟方法. 采用动量源方法和强迫波力进行波浪叠加模拟方形波浪,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用（DFBI）模块研究S175船型在不同参数方形波浪中的运动响应,并将船舶在双向波浪和单向波浪中的运动响应进行对比分析,探究船舶在方形波浪场中不同航线下的运动特性. 研究表明,在大部分工况下,方形波浪中的船舶运动响应及甲板上浪较单向波浪中的大幅增加,其中船舶在方形波浪中出现明显的横摇运动,但合理选择航行路线可以使得船体运动及甲板上浪显著降低,从而提高船舶在方形波浪中的航行安全性, 为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议.     

Y型舷侧结构抗冲击性能数值仿真实验研究

普通的船舶一般为单壳或双层壳,它们之间用普通肋骨连接.Y型舷侧结构是指船体舷侧在物理模型上的双壳之间用横向Y字型板代替部分肋骨,借此提高舰船结构抗冲击性能.该文针对以上情况,通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA并配合大型的有限元计算软件ABAQUS进行数值实验,对Y型舷侧结构在遭受武器攻击后的承受能力进行研究.数值仿真实验分析表明:若船体舷侧采取适当的Y型结构形式,可以大大降低水下爆炸所造成的结构损伤和破坏,从而进一步提高舰船的生命力.     

SN型活性染料性能与其结构关系的研究染料的颜色深浅与其结构关系的研究

合成了系列ＳＮ型活性染料，并研究了其颜色深浅与其结构的关系，结果表明：ＳＮ型活性偶氮染料的颜色深浅受电子效应和空间效应的影响；受电子体的吸电子能力增强，导致吸收光谱产生深色位移，空间障碍使吸收光谱产生浅色位移。     

舰载导弹INS在低机动条件下传递对准研究

研究舰载导弹INS在低机动条件下借助海浪进行传递对准的问题.鉴于"线运动" "角运动"测量匹配能以较低的机动要求而获得可接受的对准精度,基于"加速度" "角速度"匹配法设计了一个对准滤波器,且对准滤波器采用较高更新率以克服加速度和角速度测量易受船体结构挠性变形和振动的干扰.为进一步减小船体挠性效应、降低对数据传输率要求并保持对准滤波器的快速收敛性,提出了测量数据预处理的方法.仿真结果表明:在低机动条件下实现舰载导弹INS传递对准具备可行性.     

蛇行波长取值方式对钢板梁桥横向振动的影响

随着我国既有线路的大规模提速,铁路货车提速后上承式钢板梁桥横向振幅超限现象日益突出,严重影响货车进一步提速.以轮对随机人工蛇行波为激励,就不同的蛇行波长取值方式对铁路钢板梁桥横向振动的影响进行了探讨.最后指出,20辆车各个轮对蛇行波波长均不同、轮对蛇行波波长随机选取时各速度对应的桥梁横向最大位移小于轮对蛇行波波长均相同时相应速度对应的桥梁横向最大位移值.