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当期目录

    2012年, 第46卷, 第08期 刊出日期:2012-08-31 上一期    下一期
    交通运输
    一种新型重于水的自治式潜水器及其先进性分析    
    颜翚, 葛彤, 王彪
    2012,46 (08):  1173-1177. 
    摘要 ( 2595 )  
    提出了一种新型重于水的自治式潜水器( Autonomous Underwater Vehicle, AUV).该AUV可工作于负浮力条件下,利用一对较大的翼在航行过程中流体的升力来平衡其自身重量,节约了浮力部件占用的空间,使其成本与速度较传统AUV均有很大提高.阐述了该新型AUV的基本组成与工作原理,初步分析了其先进性.通过风洞试验数据与传统AUV性能参数对比,结果显示,这种重于水的AUV在能源利用与高速作业方面优势较为明显.最后,对重于水的AUV的应用前景做出了一些预测,希望待一些关键问题得到解决后,这种新型的AUV能够应用得更加广泛. 
       
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    基于计算流体力学方法的水线面大开口工程船阻力性能分析
    石珣, 陈新权, 谭家华
    2012,46 (08):  1178-1183. 
    摘要 ( 3207 )  
    运用计算流体力学(CFD)方法对工程船由船体水线面大开口所引起的船体阻力性能变化进行了分析.通过对某水线面大开口型工程船系列模型的黏性绕流进行数值模拟,得到在低航速下水线面大开口型船舶船艏开口纵向和横向尺寸变化,船艉开口纵向和横向尺寸变化以及艏艉开口相互作用对船体阻力性能的影响,为改善此类船型的船体阻力性能提供了参考依据.   
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    航空母舰机库主尺度要素设计方法  
    胡玉龙, 黄胜, 侯远杭, 王文全
    2012,46 (08):  1184-1189. 
    摘要 ( 3908 )  
    航空母舰机库是最大的航空维修和保障舱室,其主尺度的设计要满足舰机适配性的基本要求.根据舰载机紧凑布列和便于调运的原则,编制了机库分段舰载机自动布列程序,采用模糊建模的方法将机库主尺度设计中涉及到模糊的约束和目标进行量化和评价,提出了航母机库主尺度要素的双优化结构设计模型.算例验证结果表明,该设计模型有效且具有较高的效率,对我国航母机库主尺度要素的设计具有一定的参考价值.
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    一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法
    杨春蕾, 朱仁传, 缪国平, 范菊
    2012,46 (08):  1190-1195. 
    摘要 ( 3656 )  
    针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维斯托克斯(Reynoldsaveraged NavierStokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.   
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    船舶钢-复合材料组合基座减振设计方法分析
    吕林华, 杨德庆
    2012,46 (08):  1196-1202. 
    摘要 ( 3268 )  
    以有/无阻振质量组合结构基座与钢结构基座设计为例,选择振级落差作为减振评价指标,以结构重量为目标函数,考虑振级落差和应力等约束条件进行动力学优化设计比较分析.建立了相应结构动力学优化数学模型,并采用Kriging代理模型和遗传算法进行求解.结果表明:组合基座比钢基座具有更好的隔振效果;复合材料的引入对减振作用最大;阻振质量在基座减振中也有一定效果;采用优化设计方法是组合基座设计的必要手段.   
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    数值波浪水池中航行船舶绕射问题的数值模拟
    方昭昭1, 2, 朱仁传1, 缪国平1, 龚丞1
    2012,46 (08):  1203-1209. 
    摘要 ( 3581 )  
    基于计算流体力学(CFD)方法建立了数值波浪水池(NWT),并对波浪生成传播和波浪中航行船舶波浪绕射问题进行了数值模拟.讨论了适合航行船舶绕射现象模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下NWT中波浪生成、传播和消波等,模拟计算了多个航速顶浪和斜浪航行的拘束WigleyIII船模在不同波长的规则波中运动时所受的波浪力(矩).通过与势流理论结果和Delft University of Technology(DUT)试验结果的比较显示,NWT方法计算的结果与两者的结果吻合良好;比实验更易实现和控制;能描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.    
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    船舶锚泊操纵运动预报与分析
    王飞
    2012,46 (08):  1210-1217. 
    摘要 ( 3228 )  
    结合船舶操纵模拟器的开发,建立了船舶锚泊操纵运动数学模型,以预报分析船舶在锚泊操纵全过程中各种动态运动响应.提出了一种较为合理的锚抓底力的数学计算模型,并计入抓底走锚等影响,给出了具体的数值计算方法.整个模型包括:水面船舶采用MMG模型来进行建模,并计入低速时水动力的影响;水下锚链因其运动是一种三维动态运动,采用针对海洋缆索系统的集中质量法来描述其运动;锚自身因其尺度很小,在确定其抓力的基础上将其视为锚链的一个节点,溶入到锚链的运动控制方程中去.最后,应用该模型对一水面船舶进行了锚泊操纵运动计算,并对比分析了不同情况下的锚泊操纵性能,给出了一些规律性的定性结论.  
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    基于相对熵排序的舰船总体方案评价方法
    侯远杭, 黄胜, 胡玉龙, 王文全
    2012,46 (08):  1218-1222. 
    摘要 ( 2832 )  
    针对舰船概念设计阶段的总体方案评估论证问题,提出了一种基于相对熵排序的舰船方案评价方法.首先提出了可全面反映舰船综合能力的经简化后的舰船方案评价的指标体系,然后考虑群决策中的专家意见集成问题.采用基于粒子群优化群体判断矩阵的Hadamard凸组合来集结专家意见得出底层评价指标权重,再引入基于相对熵的多属性排序方法对各舰船总体方案进行综合评价.形成了可支持多专家群决策,能有效反映各方案本质差异的舰船方案评价模型.应用实例对比分析表明,该方法可为舰船研制方案总体评价提供一种可行、有效的新途径,并可直接用于舰船设计方案的权衡、优化工作等方面. 
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    查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法
    董文才, 姚朝帮
    2012,46 (08):  1223-1229. 
    摘要 ( 3726 )  
    针对雷诺平均NavierStokes(RANS)方程结合流体积法(VOF)计算滑行艇阻力耗时较长、现有滑行艇阻力估算公式精度较低且适用范围有限,提出了一种查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法.通过求解艇体平衡方程,迭代求出艇体航态,动态计及升沉和纵倾角对艇体流场和阻力计算的影响.对于艇体航态变化显著时的阻力计算(体积傅氏数F>1.5),先采用查洁法估算初始纵倾角,再求解RANS方程可大幅提高计算效率.采用该方法计算了现代滑行艇模型46671和SM5的阻力、升沉和纵倾角,并与试验结果对比.结果表明:0.26≤F≤6.03,阻力计算值与试验值误差小于7%,升沉和纵倾角计算值与试验值吻合良好,从而验证了所提出的计算方法有效性.
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    五体船波浪载荷特性及侧体布局影响规律分析  
    文俊华, 陈震
    2012,46 (08):  1230-1237. 
    摘要 ( 2980 )  
    基于三维势流理论,计算了五体船主船体横剖面和前后侧体连接桥上的纵剖面在规则波中的垂向剪力、垂向弯矩和扭矩波浪载荷响应RAO,分析了波浪载荷RAO最大值沿船体分布规律以及浪向对载荷的影响规律,得到了载荷较大剖面位置.在非规则波中,通过比较不同侧体布局的五体船波浪载荷有义幅值的大小,得到了后侧体纵向位置、前后侧体横向位置以及前侧体垂向位置变化对五体船波浪载荷的影响规律和侧体最优布局方案,并与三体船波浪载荷计算结果做比较.结果表明:后侧体布置于距船尾1/4船长区域附近较优,侧体横向位置和前侧体垂向位置变化主要影响连接桥内波浪载荷,前侧体的存在能有效减小后侧体连接桥的波浪载荷.
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    基于混合优化算法的船体线型优化设计
    张 宝 吉
    2012,46 (08):  1238-1242. 
    摘要 ( 2478 )  
    为了克服单一优化算法的缺点和不足,将遗传算法(GA)和非线性规划法(NLP)有机结合组成混合优化算法来优化船体形状,开发船体线型优化设计程序.在优化过程中,以Rankine源法计算的兴波阻力为目标函数,以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水体积的条件下进行优化设计.Wigley数学船型算例的计算结果表明,在优化效果和耗费时间上,混合优化算法的计算结果更优.该算法可为船舶初步设计阶段船体线型的选择提供理论基础和技术支持. 关键词: 
    混合优化算法; 遗传算法; 非线性规划;  兴波阻力; Rankine源法 中图分类号:  U 661.1
    文献标志码:  A    
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    集装箱船体波浪载荷应力短期分布的统计分析  
    金永兴a, 张世斌b
    2012,46 (08):  1243-1247. 
    摘要 ( 3075 )  
    基于对波浪载荷所引起的交变应力范围数据统计分析的结论,建议用一类双峰正态混合分布拟合.利用EM算法对混合分布的参数进行估计,借助估计出的参数值,揭示了在一定条件下船体不同部位疲劳载荷的固有关系.船体波浪载荷应力在船首处尤为复杂,双峰对称正态逆高斯混合分布对该处波浪载荷所引起的交变应力范围数据拟合效果更好.实证分析表明,所提供的概率分布参数能够反映船体不同部位的疲劳载荷大小,所得到的关于船体不同部位疲劳载荷固有关系的结论可为船舶运行品质研究提供理论基础.   
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    基于船机桨匹配和波浪统计的船舶失速系数分析  
    封培元a, 马宁a, b, 顾解忡a, b
    2012,46 (08):  1248-1253. 
    摘要 ( 3895 )  
    为减少温室气体排放,国际海事组织(IMO)提出了新船能效设计指数(EEDI)规范要求,但尚未明确其中失速系数的计算方法.针对失速系数的估算方法进行了分析探讨,提出了一种基于船机桨匹配和长期波浪统计数据的失速系数计算方法.该方法中考虑了船机桨间的能量传递和水动力相互干扰,同时用船舶运营海区的长期波浪统计数据作为环境参数,对一艘实际运营的集装箱船进行了试算,并与IMO规范值、中国船舶科学研究中心回归公式和目前应用较广的NMRI方法进行了对比.结果表明:由所提出的方法得到的失速系数,其变化规律与NMRI法一致且更为保守,能指导船舶能效设计,更有利于保障船舶在实海域中的航行性能.   
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    螺旋桨初生空化湍流的多相流数值模拟  
    杨琼方a, 王永生a, 张志宏b
    2012,46 (08):  1251-1262. 
    摘要 ( 3293 )  
    摘要: 
    同时采用修正剪切应力输运(SST)湍流模型和Baseline雷诺应力模型(RSM)求取了E779A螺旋桨在无空化状态和初生空化状态下的梢涡运动轨迹,分析了涡核最小压力系数、湍动能、轴向速度分量和涡核半径沿运动轨迹的变化,并从模拟得到的梢涡卷曲起始和梢涡涡束的角度阐述了梢涡形成机理.空化模型采用改进Sauer模型,考虑了非凝结性气核质量分数、体积分数和气泡初始半径以及湍流脉动的影响,并针对轻度、中度和重度空化面积进行了可信性校验.当空化数σ>初生空化数σi时,叶梢截面压力系数分布相对不再改变的判定准则来确定.涡核中心位于螺旋线垂向截面上最小压力点,涡核边界由湍流涡频率峰值决定.数值模拟结果表明,RSM模拟梢涡路径较修正SST湍流模型稍长、局部梢涡空化范围略大、叶梢最小压力系数和轴向速度分量要小,涡核湍动能分布更为合理.但两者模拟得到的涡核运动轨迹几乎重合,并且初生空化状态下的涡核运动轨迹、最小压力系数和轴向速度分布均与各自无空化状态下非常接近,表明了初生空化状态判定的正确性和改进数值模型对梢涡运动轨迹模拟的适用性.   
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    平行双裂纹应力强度因子的计算方法
    陈景杰a, 黄一a, 吴智敏b
    2012,46 (08):  1263-1268. 
    摘要 ( 2371 )  
    为了快速、方便地估算多裂纹尖端的应力强度因子,以承受均匀拉伸载荷的含平行双裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移量确定平行双裂纹尖端应力强度因子的新方法.该方法以单裂纹问题中最大张口位移与应力强度因子间的函数关系为基础,考虑了平行双裂纹的垂向、纵向裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出纵向间距比为0时不同裂纹长度比下与垂向间距比相关的修正系数表达式,并进一步分析了裂纹纵向间距比对双裂纹尖端应力强度因子的影响,最终建立了平行双裂纹应力强度因子的简便方法.   
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    纯剪切横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值  
    姬振华, 王德禹
    2012,46 (08):  1269-1273. 
    摘要 ( 2821 )  
    针对由横向密加筋板组成的散货船舷侧板承担着较大的面内剪切载荷,而散货船共同结构规范中加筋弯曲刚度设计考虑的是舷外水压力,并没有考虑剪切载荷的问题,研究在剪切载荷作用下横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值.通过改变加筋的高度,可以改变加筋弯曲刚度,从而使加筋板的剪切屈曲强度和极限强度也随之变化.根据加筋板的纯剪切弹性屈曲强度和极限强度等于材料的剪切屈服极限,找出2种加筋弯曲刚度的门槛值,并把这2种加筋弯曲刚度值与AASHTO规范所得值进行对比分析.结果表明,应由剪切极限强度分析来确定横向密加筋板的无量纲加筋弯曲刚度门槛值.   
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    激光陀螺动态特性研究(二)  
    程耀强1a, 徐德民1a, 1b, 万彦辉2, 刘明雍1a
    2012,46 (08):  1274-1279. 
    摘要 ( 2427 )  
    针对激光陀螺动态特性中的相频特性,分析了相位延迟对导弹控制系统实时性和机动性的影响,并指出隔振器不会引入相位延迟,而有限冲击响应(FIR)滤波是造成激光陀螺相位延迟的主要因素.基于角振动台和惯性测量装置(IMU)台体,设计了4个试验状态,采用正弦激励法对激光陀螺的相频特性进行了实际测试.测试结果表明,隔振器的延迟时间最大不超过0.051 ms,延迟时间主要来自FIR滤波,符合理论分析结果   
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    基于多点约束法的减摇鳍加强结构 CAD/CAE一体化设计  
    周清华, 杜留法, 杨雄辉
    2012,46 (08):  1280-1283. 
    摘要 ( 2782 )  
    针对减摇鳍加强结构设计难度大和载荷复杂的特点,提出一种CAD/CAE一体化设计和分析方法.对减摇鳍加强结构进行三维结构设计、水动力分析和结构性能评估.其中,采用多点约束法实现模拟减摇鳍加强结构与鳍座的2种非协调性单元之间的载荷传递,应用自由面格林函数法和三维线性势流理论求解船体运动响应和水动压力.通过研究关键技术,为减摇鳍加强结构设计和分析提供新的技术途径.    
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    气垫车并行双环控制系统设计
    许烁1, 罗哲2, 喻凡2
    2012,46 (08):  1284-1290. 
    摘要 ( 2862 )  
    针对车速和载荷分配比分别作为气垫车驱动系统和垫升系统的独立控制变量具有不同的控制要求和目标值更新频率但均可对能耗产生影响的特点,设计了以模糊PID控制器为核心的并行双环控制系统.其中:车速控制跟踪瞬态目标值,目标值更新频率较高,因而设计更加注重动态性能;载荷分配比控制跟踪稳态目标值,目标值更新频率较低,因而设计更加注重静态性能.从减小能耗的角度出发,在载荷分配比控制中考虑了滑转率(车速相关量)的影响,反映出参数协调控制的思想.仿真试验结果表明:在所设计控制系统的作用下,气垫车能够顺利抵达目的地并实现软着陆;车速控制表现出良好的动态性能,有利于提高车辆的安全性;载荷分配比控制表现出良好的静态性能,有利于降低车辆能耗.
       
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    车辆底盘集成控制研究
    李刚1, 2, 宗长富1, 张泽星1, 段明序1, 梁赫奇3, 洪伟1
    2012,46 (08):  1291-1296. 
    摘要 ( 4355 )  
    基于模型预测控制理论,从提高车辆极限工况稳定性角度,研究车辆纵向和侧向运动的水平集成控制及纵向、侧向和垂向的全局集成控制.确定了分层集成控制结构,设计了转向/制动模型预测控制器和主动悬架控制器.采用单轮规则制动分配法,实现了车辆底盘转向/制动的水平集成控制和转向/制动/悬架的全局集成控制,并通过仿真实验对算法进行验证.结果表明:集成控制能有效提高车辆极限工况的稳定性和主动安全性. 
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于Pareto最优原理的混合动力汽车多目标优化
    杨观赐1, 2, 李少波1, 2, 璩晶磊1, 郭观七3, 钟勇2
    2012,46 (08):  1297-1303. 
    摘要 ( 4440 )  
    介绍了混合动力汽车(HEV)相关知识,建立了以最小化燃油消耗、HC+NOx排放量和CO排放量为目标的3目标优化模型,提出了基于Pareto最优原理的混合动力汽车多目标优化进化算法.该算法采用实数编码,以ADVISOR为HEV的仿真软件获得各候选方案目标值,基于Pareto支配性原理判定候选方案的优劣,并设计了可以调整待优化变量有效位的机制以保证优化所得的候选方案具有可实现性.针对不同车型的仿真实验结果表明,所提出的算法能够较好地解决混合动力汽车多目标优化问题,可以获得一组具有低燃油消耗与低污染物排放的Pareto最优解供决策者选择.   
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    低速电动汽车混合能源存储系统效率分析  
    吴志伟, 张建龙, 吴红杰, 殷承良
    2012,46 (08):  1304-1309. 
    摘要 ( 5455 )  
    利用超级电容的高功率密度特性和磷酸铁锂电池的高能量密度特性,设计了低速电动车主动并联混合储能系统方案.采用实验方法分析磷酸铁锂电池的效率,并通过理论公式分析了双向直流功率变换器的效率.探讨了将超级电容和磷酸铁锂电池结合使用,结果发现,采用双向直流变换器的混合能量存储系统能提高效率.通过实验验证,双向直流变换器的实际效率为90.5%,接近理论公式计算得到的效率91.6%.   
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    航空、航天
    月面环境发动机羽流冲击力效应模拟计算
    严立, 王平阳, 欧阳华
    2012,46 (08):  1310-1314. 
    摘要 ( 3394 )  
    用计算流体力学/直接模拟蒙特卡洛(CFD/DSMC)的混合方法建立了火箭发动机羽流与固面之间相互作用的流场计算模型,通过与实验和模拟数据的比较,验证了该模型的正确性.将CFD/DSMC混合方法运用到月球探测器着陆过程中,发动机羽流对缓冲机构、月面的冲击力效应作用进行计算.结果表明,在着陆过程中,缓冲机构支架表面受到的最大压强为110 Pa;月面最大压力为2 kPa左右.计算结果为探测器的设计提供参考,并为分析月尘运动及月尘污染打下基础.    
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    基于滑移网格技术的串列翼推进性能分析
    于宪钊1, 2, 苏玉民1
    2012,46 (08):  1315-1319. 
    摘要 ( 3415 )  
    以有限体积法结合Standard kε湍流模型求解黏性不可压缩NavierStokes方程,采用滑移网格技术实现了串列翼前后翼间的相对运动,分析了前翼拍动后翼静止的串列翼系统的推进性能.探讨了衰减频率、拍动振幅以及前后翼间距对串列翼推进性能的影响.计算结果表明,串列翼的推力主要由前翼产生,且在一定的衰减频率和拍动振幅范围内,串列翼均较传统的单翼拍动具有更高的推进效率,同时,前后翼间距对串列翼推进性能影响不大.   
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    开口试验段优化设计数值模拟
    丛成华a, b, 任泽斌b, 彭强a, b
    2012,46 (08):  1320-1327. 
    摘要 ( 2597 )  
    摘要: 
    为提高某低速风洞开口试验段流场品质,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对不同设计方案进行了模拟.数值模拟结果显示:采用集气扩散段能有效提高开口试验段流场均匀性;在试验段入口前加装蜂窝器和阻尼网,对提高试验段流场均匀性和方向场、降低湍流度有重要作用.对试验段尺寸与收集器设计的进一步研究表明,延长试验段前入口区长度、增大试验段口径、改变集气扩散段位置与尺寸都能够有效提高模型区流场品质.通过比较,得出了较为合理的匹配参数,流场指标达到了设计要求.
    关键词: 
    低速; 风洞; 开口试验段; 流场特性; 数值模拟; 优化设计
    中图分类号:  V 211.3
    文献标志码:  A    
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    襟缝翼对民用飞机失速特性的影响
    周涛1, 李亚林1, 梁益华2, 陈迎春1
    2012,46 (08):  1328-1333. 
    摘要 ( 3387 )  
    从外侧缝翼缝道参数、内侧缝翼分离面、缝翼与挂架间隙以及后缘襟翼缝道参数等方面考虑,分析了民用飞机失速特性和失稳特性的影响因素.结果表明,前缘缝翼根部和梢部细节对力矩特性有较大影响,缝翼挂架堵缝可提高升力,不影响力矩特性,调整襟翼偏角,可改变机翼有效弯度,不改变主翼分离特性.   
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    电工技术
    特高压直流输电线路雷电屏蔽模型试验设计  
    江安烽1, 李锐海2, 王国利2, 傅正财1
    2012,46 (08):  1334-1339. 
    摘要 ( 3024 )  
    采用模型试验方法修正特高压直流输电线路雷电屏蔽性能的计算方法,并对其影响因素进行了分析.针对当前国内外已开展的模型试验、现场观测与计算方法中存在的问题和不足,结合昆明特高压国家工程实验室的试验条件和国内外已有试验与观测结果,设计了±800 kV特高压直流输电线路典型间隙试验、击距模型试验和上行先导模型试验的关键参数、结构布置与试验方案.    
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    其他
    上海养老保险改革的系统动力学仿真分析  
    王宇熹1, 汪泓1, 2, 陈群民3, 肖峻4
    2012,46 (08):  1340-1348. 
    摘要 ( 2532 )  
    摘要: 
    通过利用上海人口普查和1%人口抽样调查数据及历年统计年鉴数据,将人口精算学和系统动力学模型通过Vensim表函数有机结合,实验模拟了6种情景的养老保险改革政策,在对养老基金收支及缺口预测结果曲线趋势分析基础上发现,“镇保”、“综保”并入“城保”的政策将会对上海原有养老保险系统产生较大正面影响,但同时也为未来基金的可持续发展埋下了隐患;2040年左右基金将面临退休潮和支付跃升,75%的政策强度应为最佳政策选择.
    关键词: 
    系统动力学; 仿真; 养老保险改革; 政策实验; 表函数
    中图分类号:  N 949; N 941.3; N 941.5
    文献标志码:  A    
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