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船用复合材料螺旋桨稳态流固耦合尺度效应数值研究

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推进技术 2024年第6期45卷 283-292页

作者：陈章韬黄政王式耀柯林海军工程大学舰船与海洋学院湖北武汉430033 海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

为实现实尺度复合材料螺旋桨的流固耦合性能预报,针对船用复合材料螺旋桨在均匀流场中稳态流固耦合的尺度效应问题,本文基于Ansys Workbench建立了双向流固耦合算法,采用ACP模块对3种尺度的4381复合材料螺旋桨进行30°角铺层建模,分析... 详细信息

为实现实尺度复合材料螺旋桨的流固耦合性能预报,针对船用复合材料螺旋桨在均匀流场中稳态流固耦合的尺度效应问题,本文基于Ansys Workbench建立了双向流固耦合算法,采用ACP模块对3种尺度的4381复合材料螺旋桨进行30°角铺层建模,分析了流固耦合下结构变形与敞水性能变化的尺度效应规律。研究结果表明:粘性力相对占比是刚性桨敞水性能尺度效应的主要因素;流固耦合最大变形比和螺距变形比均与缩尺比呈线性关系,因流体的附加刚度作用,最大变形比需在悬臂板挠度公式基础上作3%的修正;流固耦合后敞水性能的改变量与缩尺比呈线性关系,其尺度效应需在刚性桨敞水性能尺度效应关系上进一步作5%~7%的修正,修正量与复材桨压力中心区和桨叶的厚度均有一定关系。考虑流固耦合的复材桨尺度效应修正为不同尺度复材桨的数值计算和性能预报提供了有效参考。

关键词：复合材料螺旋桨均匀流场流固耦合尺度效应

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扭曲舵潜艇的水动力性能及尾流场特性研究

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：叶金铭张迪郑子涵杨万里海军工程大学舰船与海洋学院

为了研究新型扭曲舵对潜艇水动力性能及尾流场特性的影响，本文采用SST k-ω湍流模型结合全域结构网格分别对带扭曲舵和常规舵的SUBOFF潜艇模型进行模拟计算，对比并分析常规舵潜艇和扭曲舵潜艇在自航状态下的推进性能、螺旋桨叶片压力... 详细信息

为了研究新型扭曲舵对潜艇水动力性能及尾流场特性的影响，本文采用SST k-ω湍流模型结合全域结构网格分别对带扭曲舵和常规舵的SUBOFF潜艇模型进行模拟计算，对比并分析常规舵潜艇和扭曲舵潜艇在自航状态下的推进性能、螺旋桨叶片压力分布和尾流场速度分布。结果显示：相对于常规舵潜艇，扭曲舵潜艇达到自航状态时螺旋桨所需的转速降低，桨叶吸力面压力最小值提高，尾流场中的周向速度显著降低，螺旋桨的推进效率提高了约7.67％，且扭曲舵并不会对潜艇阻力产生太大影响，为提高潜艇推进性能提供了新的途径。

关键词：潜艇扭曲舵 SUBOFF 自航水动力性能推进效率尾流场特性螺旋桨表面压力周向速度

含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 157-168页

作者：马召召周瑞平杨庆超 LEE Heow Pueh 柴凯武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 新加坡国立大学机械工程系新加坡117575 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式。通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI。所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供。首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型。然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了ESD-TQZS VI的幅频响应方程。从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄。最后,揭示了参数优化后ESD-TQZSVI的分岔及吸引子共存特性。结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集。

关键词：准零刚度双层隔振低频振动能量收集电磁分流阻尼

水下运载器动力学仿真以及串级控制器参数优化

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舰船科学技术 2024年第9期46卷 88-92页

作者：张剑昆杨昆周磊海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

为了让水下运载器能够更好完成潜射无人机的跨介质机动,基于回转体结构以及ROV(Remote Operated Vehicle)驱动模式设计一种具有动力的潜射无人机水下运载器。根据该运载器的外形结构和驱动模式特点,对其进行动力学建模并设计一种串级控... 详细信息

为了让水下运载器能够更好完成潜射无人机的跨介质机动,基于回转体结构以及ROV(Remote Operated Vehicle)驱动模式设计一种具有动力的潜射无人机水下运载器。根据该运载器的外形结构和驱动模式特点,对其进行动力学建模并设计一种串级控制器控制该运载器的六自由度运动参数,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,最后利用Isight优化软件对该运载器的串级控制器参数进行优化,分别利用自适应DOE优化算法和Evol优化算法进行优化计算,经过优化后的串级控制器在六自由度上的轨迹跟踪效果均有提升,其中Evol优化算法优化效果更好,计算成本更小。

关键词：潜射无人机系统水下运载器串级控制器动力学建模

基于热分解的舰用复合材料S2/430LV热工参数

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海军工程大学学报 2024年

作者：陈国涛梅志远吕岩松海军工程大学舰船与海洋学院

为了研究S2/430LV在热分解前后热工参数，首先利用热重分析仪对氮气环境中S2/430LV复合材料和430LV树脂进行30～800℃环境下热重试验，分析了两种材料在不同升温速率下热解响应特征；然后基于阿伦尼乌斯方程，采用微分法与积分法相结合... 详细信息

为了研究S2/430LV在热分解前后热工参数，首先利用热重分析仪对氮气环境中S2/430LV复合材料和430LV树脂进行30～800℃环境下热重试验，分析了两种材料在不同升温速率下热解响应特征；然后基于阿伦尼乌斯方程，采用微分法与积分法相结合的方法，确定了S2/430LV热解动力学参数。研究结果表明：430LV树脂和S2/430LV复合材料在氮气环境中均呈现单一热分解过程，纤维织物会促进430LV树脂基体热分解反应；采用Kissinger方程和Flynm-Wall-Ozawa方程确定S2/430LV活化能取值范围；利用Coats-Redfern方程确定S2/430LV最优热解机理函数和指前因子，从而建立分解率和温度的函数关系式；采用混合定律，建立了考虑材料分解的热工参数模型。研究结果可为舰艇复合材料结构耐火传热性能研究提供有效数据支撑。

关键词：热重试验阿伦尼乌斯方程活化能机理函数指前因子混合定律热工参数模型

高航速下带自由面滑行艇粘性流场数值计算方法研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 1028-1039页

作者：向国欧勇鹏陈君杰吴浩海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430033

针对滑行艇高航速下姿态变化显著、数值计算时艇底易于出现气-水异常现象的问题,基于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法及动网格技术,采用人工干预结合六自由度(6-DOF)运动模型解决自由面与网格的匹配问题,采用高分辨率交界面捕捉技术结... 详细信息

针对滑行艇高航速下姿态变化显著、数值计算时艇底易于出现气-水异常现象的问题,基于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法及动网格技术,采用人工干预结合六自由度(6-DOF)运动模型解决自由面与网格的匹配问题,采用高分辨率交界面捕捉技术结合流体体积模型(HRIC-VOF)的方法计算气-液相分布,通过探索HRIC-VOF的角度因子、锐化因子、库朗数上界值、库朗数下界值、时间步长等对艇底气-液相分布及总阻力的影响规律,获得可有效计算高速下滑行艇阻力及自由面兴波的数值计算方法。通过与试验结果进行对比,在模型速度V_(m)=2~13 m/s(F_(V)=0.96~5.78)时的阻力计算误差小于4.5%。

关键词：高速滑行艇粘性CFD 气-水异常 HRIC-VOF方法

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极浅水域船舶航行阻力及下沉量数值计算方法

海军工程大学学报 2024年第1期36卷 105-112页

作者：叶青陈君杰向国海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

针对舰船在极浅水域中的航行阻力及航行安全预报问题,提出了静力平衡方程与叠模定常流计算相结合的数值计算方法。经分析比较可知,该方法只需进行一次姿态调整,姿态收敛偏差即可小于5%。水动力计算结果与水池模型试验结果对比表明:当深... 详细信息

针对舰船在极浅水域中的航行阻力及航行安全预报问题,提出了静力平衡方程与叠模定常流计算相结合的数值计算方法。经分析比较可知,该方法只需进行一次姿态调整,姿态收敛偏差即可小于5%。水动力计算结果与水池模型试验结果对比表明:当深度/吃水比(h/T_(m))为1.18时,阻力预报相对偏差为3%左右、下沉量绝对偏差小于2 mm,触底航速预报相对偏差小于5%。该方法可有效避免计算过程中姿态波动导致解算失败的问题,具有良好的计算稳定性和收敛性,且计算精度较高,可为浅水航行船舶航行性能数值计算提供借鉴和参考。

关键词：限制航道极浅水域下沉量静力平衡方程

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数智转型背景下教师主导作用的辩证思考

高教学刊 2024年第12期10卷 42-45页

作者：刘树勇柴凯梁平杨晓悦喻柳丁海军工程大学动力工程学院武汉430033 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

数智化转型为教育发展赋能,也引发对教师主导作用的当代思考。准确理解、科学把握教师应发挥的主导作用或中介作用是顺应时代教育数智化转型的必要工作。基于中介思维和中介理论,该文从社会实践的宏观层面、政策支撑的中观层面和教师内... 详细信息

数智化转型为教育发展赋能,也引发对教师主导作用的当代思考。准确理解、科学把握教师应发挥的主导作用或中介作用是顺应时代教育数智化转型的必要工作。基于中介思维和中介理论,该文从社会实践的宏观层面、政策支撑的中观层面和教师内驱力重塑的微观层面进行辩证思考,指出人类社会实践行为的根本变革是正确理解教师主导作用的前提条件,战略发展政策是教师发挥主导作用的必要支撑,教师充分利用条件发挥主导作用重塑教育是重要保障。

关键词：数智转型主导作用辩证思考中介理论教育重塑

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电磁主动吸振器控制算法匹配优化效果研究

噪声与振动控制 2024年第1期44卷 37-43,51页

作者：赵存生刘瑞琪张庆伟魏云毅海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 海军航空大学岸防兵学院山东烟台264001

舰船动力设备系统产生的持续低频振动会严重影响舰船的声隐身性能及舰船精密设备的工作性能。以自主设计研制的电磁主动吸振器为对象,为了匹配电磁主动吸振器的实际使用工况,在滤波-x最小均方(Filter-x Least Mean Square,FxLMS)控制算... 详细信息

舰船动力设备系统产生的持续低频振动会严重影响舰船的声隐身性能及舰船精密设备的工作性能。以自主设计研制的电磁主动吸振器为对象,为了匹配电磁主动吸振器的实际使用工况,在滤波-x最小均方(Filter-x Least Mean Square,FxLMS)控制算法中引入抑制因子,对主动控制力的输出进行限幅。首先通过数值仿真分析验证匹配优化后的控制算法对振动控制的抑制效果,然后介绍基于电磁主动吸振器工程样机搭建的主动控制实验台架系统,以单频激励工况为基础开展主动控制效果验证实验,证明电磁吸振器与匹配优化后的控制算法对低频机械振动控制的有效性。数值仿真和实验结果表明,针对自主设计研制的电磁主动吸振器而提出的匹配优化主动控制算法能够有效抑制低频机械振动响应,在时域和频域均可以取得显著的振动控制效果。

关键词：振动与波电磁主动吸振器 FxLMS算法振动主动控制主动控制实验