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推进轴系弯-纵耦合非线性效应对推力测量精度影响研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 1063-1072页

作者：邹冬林马相龙吴昊薛林杨宇泽塔娜饶柱石上海交通大学振动、冲击、噪声研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海船舶设备研究所上海200031 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

高精度监测推进轴系推力对船舶快速性预报、船-机-桨优化匹配及轴系健康管理等具有重要意义。然而,对于超长推进轴系,由于其跨距大、细长比(轴系半径与长度之比)小、且承受推力大,此时轴系将产生严重弯-纵耦合非线性变形。这将对基于应... 详细信息

高精度监测推进轴系推力对船舶快速性预报、船-机-桨优化匹配及轴系健康管理等具有重要意义。然而,对于超长推进轴系,由于其跨距大、细长比(轴系半径与长度之比)小、且承受推力大,此时轴系将产生严重弯-纵耦合非线性变形。这将对基于应变或变形位移等形变信息来测量推力的方法产生重要影响。因此,本文研究推进轴系弯-纵耦合非线性效应对推力测量精度的影响。考虑Von Karman非线性位移-应变关系,利用Hamilton变分原理结合有限元方法建立推进轴系非线性力学模型,研究弯-纵耦合效应对轴系变形位移和应变的影响规律,以及由此引起的推力测量误差。研究结果表明:在低转速时,轴系弯-纵耦合效应较弱,对推力测量影响很小;高转速时,忽略轴系弯-纵耦合效应将引起较大测量误差(240 r/min时,误差可达13.95%);测点越靠近螺旋桨,弯-纵耦合效应越强,推力测量误差越大,因此将测点布置在轴系前端推力轴承附近可有效减少轴系弯-纵耦合效应引起的测量误差。研究结果对跨度大、细长比小的超长轴系推力测量有指导意义。

关键词：推进轴系推力测量非线性弯-纵耦合有限元法

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船舶螺旋桨推力的在线高精度辨识方法

中国舰船研究 2024年第3期19卷 310-318页

作者：马相龙吴昊邹冬林薛林塔娜饶柱石上海船舶设备研究所上海200031 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

[目的]螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被干扰噪声所淹没,导致难以准确测量其推力,故提出一种在低信噪比下仍具有很高精度的螺旋桨推力测量方法。[方法]综合考虑测量数据误差的影响以及数据中潜藏的力学机制,基于Kalman滤波结... 详细信息

[目的]螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被干扰噪声所淹没,导致难以准确测量其推力,故提出一种在低信噪比下仍具有很高精度的螺旋桨推力测量方法。[方法]综合考虑测量数据误差的影响以及数据中潜藏的力学机制,基于Kalman滤波结合推力–位移状态方程建立轴系推力辨识模型,并以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例开展轴系推力测量研究,分析不同信噪比下该方法的推力辨识精度与鲁棒性。[结果]研究结果表明,当信噪比仅为20 dB时,推力辨识的最大相对误差仅为3.56%,验证了其在低信噪比下的高精度辨识能力与鲁棒性。[结论]研究成果可为实船环境下螺旋桨推力及轴系状态的在线实时高精度监测提供参考。

关键词： Kalman滤波推力辨识推进轴系位移测量在线监测

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波浪与反弧面直墙防波堤相互作用的砰击载荷数值预报研究

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中国造船 2024年第1期65卷 223-236页

作者：薛瑛杰赵伟文万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院上海200240

采用基于开源平台Open FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对实尺度下波浪与反弧面直墙防波堤相互作用开展了数值研究。采用主动造波-消波方法生成不规则波,采用基于分段线性界面模型的几何流体体积法捕捉自由面。数值模拟时在距造波... 详细信息

采用基于开源平台Open FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对实尺度下波浪与反弧面直墙防波堤相互作用开展了数值研究。采用主动造波-消波方法生成不规则波,采用基于分段线性界面模型的几何流体体积法捕捉自由面。数值模拟时在距造波点不同位置处设置了波高测点,在防波堤表面布置了多个压力测点,并将各测点得到的波高及砰击压力时历数据与试验进行对比。研究表明,受入射波、反射波和空气涡流场的影响,靠近防波堤位置处的波面线将会形成两个明显的峰区。在砰击发生后,防波堤表面的砰击压力将随流体运动向顶部与底部转移,在圆弧段顶部产生高频压力振荡。同时发现防波堤顶端的反弧墙将上涌流体转化为水平射流,极大地改变了气相涡量场结构,能缓解溢流问题。

关键词：反弧面直墙防波堤砰击载荷几何流体体积法破碎波

适用于无人水下潜航器电池管理系统的SOC-SOH联合估计

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浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1080-1090页

作者：卢地华周胜增陈自强上海船舶电子设备研究所上海201108 水声对抗技术重点实验室上海201108 上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表... 详细信息

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表征因子,建立基于改进支持向量回归(SVR)的SOH估计模型.探究电池状态的耦合关系,建立基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SOC估计模型,采用遗忘因子递推最小二乘算法(RLS)更新模型参数,利用SOH对SOC估计结果进行修正.通过不同工况的实验进行验证,结果表明:四维表征因子和电池容量相关性好,SOH估计模型精度高,SOC估计模型精度在联合修正后得到提升.所提的联合估计方法具有较高的通用性和可靠性,可以作为有效的嵌入式电池管理系统状态估计算法.

关键词：无人潜航器(UUV) 锂离子电池 SOC-SOH联合估计扩展卡尔曼滤波(EKF) 支持向量回归(SVR)

三维时域自由面格林函数法的时域绕射力计算研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 981-994页

作者：鲁江张楠张新曙顾民中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向... 详细信息

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向绕射力脉冲函数法编程所用的数学表达式;然后,采用分布源模型求解源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域绕射力;最后,针对Wigley I船型开展绕射力和FK力计算,并与公开的试验和计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。本文方法和代码可用于船舶工业CAE软件势流求解器和波浪中船舶非线性失稳运动预报。

关键词：三维时域面元法三维时域格林函数绕射力船舶CAE自主软件

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船舶有航速时三维时域格林函数计算方法研究

船舶力学 2024年第1期28卷 20-35页

作者：鲁江张楠张新曙顾民中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根... 详细信息

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根大学Beck团队的方法。其次,分区域推导出三维时域自由面格林函数记忆项及其导数的编程所用的数学展开表达式。然后,采用间接法模型求解分布源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域辐射力。最后,针对Wigley I船型开展了辐射力计算,并与公开的试验及计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。

关键词：三维时域格林函数辐射力船舶CAE自主软件

基于固-气-液耦合的气垫船水下辐射噪声数值分析

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船舶力学 2024年第6期28卷 942-950页

作者：赵丽刚盛瑞琨胡建辉杨德庆中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程,其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象,结合声固耦合有限元法与解析法,探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声... 详细信息

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程,其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象,结合声固耦合有限元法与解析法,探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声固耦合有限元模型,计算机械激励与垫升风机声激励,并以试验固有频率修正数值模型;通过声透射解析公式计算空气螺旋桨、燃气轮机等设备声激励辐射的水下噪声。采用距离左、右舷1 m处线上各点的总声压级作为评价指标。结果表明:气垫船水下辐射噪声为宽带噪声;有限元法计算的水下辐射噪声在低频时集中分布于气垫-周围水体耦合面附近,随着频率的升高,水下噪声增大并逐渐呈不规则干涉状分布;空气螺旋桨等声激励直接辐射水下噪声主要为近场低频噪声,在设备声激励辐射范围内声压平均占比约为40%。本文揭示的水下辐射噪声传递特性对气垫船减振降噪具有重要指导意义。

关键词：全垫升气垫船水下辐射噪声固-气-液耦合噪声传递特性

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弹性体反共振俘能器设计方法与减振机理研究

中国舰船研究 2024年

作者：王博涵杨德庆中船邮轮科技发展有限公司研究开发部上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

[目的]借鉴声学黑洞与反共振原理，研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先，通过调节俘能器的结构参数，精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振，以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后，... 详细信息

[目的]借鉴声学黑洞与反共振原理，研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先，通过调节俘能器的结构参数，精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振，以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后，应用Rayleigh能量法推导该俘能器的基频解析解，将特殊设计的俘能器应用于典型船舶板架减振并验证减振效果。最后，根据计算结果分析俘能器的减振规律，对其进行相应改良，并设计实验用的板架，计算改良后的俘能器的减振效果。[结果]结果表明，安装九层俘能器的机舱板架在其一阶共振频率附近的平均振动速度级减小了约8.7 dB，频响曲线在共振频率处的峰值有一个宽频带范围的削减。改良后的俘能器可以通过合理调节附加质量的大小和位置，使更多阶模态参与到结构的减振中。[结论]与传统内嵌式声学黑洞结构相比，所提出的弹性体反共振俘能器具有附加质量小、不破坏结构强度的特点，可以任意组合设计，在船舶低频段进行针对性减振降噪方面具有很好的应用价值。

关键词：反共振俘能器声学黑洞 Rayleigh能量法局域共振低频减振

新型双体无人测量艇静水阻力性能预报与航态优化

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上海交通大学学报 2024年第2期58卷 166-174页

作者：蔡君蕾姚天成刘宏万立健万军樊翔赵永生上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 自然资源部第二海洋研究所极地深海技术研究院浙江310012 上海交通大学海洋装备研究院高技术船海装备创新研发中心上海200240 上海达华测绘科技有限公司上海200120 上海船舶研究设计院上海201203

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响... 详细信息

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响,还为多波束声学设备选取了合适的船体安装位置.结果表明,CFD方法能精确完整地预报双体测量艇从低航速排水到高航速滑行的航态变化和阻力特性,而经验公式法主要适用于测量艇航速较低(F_(r▽)设备的安装位置.

关键词：阻力预报无人船双体船计算流体力学航态