水面舰船集防系统的超压值仿真分析

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大型水面舰艇防雷舱结构防护机理数值仿真

用海军工程大学防雷舱结构水下接触爆炸试验Ｊ的模型２和３进行模拟分析．面先对试验的模型下
和设置进行简单的介绍．模型２全长１００ｍｍ，７０ｍｍ，５７ｍ５高１宽６ｍ．
ａｉｎａｄｆａｔｒｆｐｃｌａｉｅｒｔｅｓｉｂａｄｓｂｅｔｄｔｎｕｄｒａｅｘｌｓｏｅｅｓｌｔｄｔｎｃｕｅｏｔｉａｂｎｎａｈｐｏｒｕｊｃｅｏａｎｅｗｔｒｐｏｉｎｗｒｉａｅ．Ｗｈｎｏｒａｙｃｈｅｍｕｅ
Ａｂｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｔｙｔｅｄｆｎｅｍｅｈｎｉｍｆａｃｂｎｎｅｒｔｅｓｉｂａｄｆｒｌｒｅｕｆｃｅｓｌ，ａｔｒｔａｔＩｒｅｏｓｕｄｈｅｅｓｃａｓｏａｉａｈｈｐｏｒｏａｇｓｒａｅｖｓｅｓｆｅｂｉｄｎｄｌｏｉｉ —ｏｉｏｌｎｔｌｉｍａｅａｓａｌｉｃｕｐｉｕｒａｅｙＭＳＣ．ｔａｕｌｉｇａｍｏｅｆｌｑｕｄｓｌｄｃｕｐｉｇｗｉｈｍｕｔ— ｔｒｌｎｄｍｕｔ— ｏｌｉｎｇｓｆｃｓｂＤｙｒｎ，ｄｆｒｅｏｍ—
ｍａｙｕｄｒａｅ，ａｄｔｅｄｆｎｅａａｎｔｉｈｖｌｃｔｒｃｕｅｉｄｐｎａｔｏｈｉｕｄｃｂｎ；ａｓ，ｔｅｄｆｎｅｒｎｅｔｋｒｎｅｅｅｇｉｓｇ — ｅｏｉｆｔｒｓｅｅｄｎｎｔｅｌｉａｉｈｈｙａｑｌｏｈｅｅｃｏｕｂｅｅｐｎｉｎｉｅｅｄｎｎｔｅｗｏｅｓｕｔｒｆｈｒｔａｉ．ｆｂｂｌｘａｓｏｓｄｐｎａｔｈｈｌｔｃｕｅｏｅｆｓｃｂｎｏｒｔｉ

水面舰船集防系统的超压值仿真分析

水面舰船集防系统的超压值仿真分析
陈红超;宋靠华;包剑;罗雯军
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2018(013)002
【摘要】[目的]集体防护系统是水面舰船防护的重要组成部分.为解决水面舰船集防系统的超压值设定问题, [方法]通过理论分析集防系统的超压值,并建立国外某护卫舰的简化物理模型和数学模型,模拟不同风向和风速下全舰的压力分布,开展集防系统的超压值仿真分析.[结果]仿真结果表明,从舰艏到舰艉的压力分布极不均匀,其中桅杆处的正压力最高,之后迅速降低至负压,且逐渐增加的负压一直延续到舰艉;全舰超压值的设定受风向和航速的影响,应根据压力分布对超压值进行分段设置.[结论]研究成果可为我国水面舰船集防系统的超压值设置和优化设计提供数据参考.
【总页数】6页(P35-40)
【作者】陈红超;宋靠华;包剑;罗雯军
【作者单位】中国舰船研究设计中心,上海201108;中国舰船研究设计中心,上海201108;中国舰船研究设计中心,上海201108;中国舰船研究设计中心,上海201108
【正文语种】中文
【中图分类】U674.7+03.7
【相关文献】
1.新型防喷吊卡不压井修井作业过程仿真分析 [J], 常玉连;胡庆勇;张有锋;李明浩
2.弹箭冲击波超压值测试系统的抗干扰设计 [J], 寇军强;刘廷国;李晓海
3.基于集值决策属性的集值信息系统 [J], 宋笑雪;张文修
4.单值系统敏感不蕴涵诱导的集值系统敏感 [J], 刘恒;史恩慧
5.几种真值集为非线性序集的4值逻辑系统 [J], 黄朝霞
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《中国舰船研究》2018年度总目次

93 舵空化的精细流场及其非定常水动力性能数值计算于安斌，叶金铭，王友乾
13（5）：61-67 13（5）：68-76
94 参数化单元边界元法解势流速度场问题
刘梦超，刘延俊，薛钢，吴瀚崚
13（5）：77-84，90
第6期
2018 年总目次
169
序号
文题
作者
卷（期）：页码
舰船动力系统排烟对甲板上方空间温度场影响的张佳佳，付云鹏，叶正华，孙鹏，
19 基于 W5200 的双冗余以太网通信系统应用研究
张高明，李维波，华逸飞，范磊，许智豪，徐聪
13（1）：127-132
20 舰艇对空中来袭目标意图的预判方法
赵捍东，马焱，张玮，张磊，李营，李旭东
13（1）：133-139
21 船舶动力装置模块化建造工艺设计及精度分配
张金国，刘春林，王刚伟，田佳彬 13（1）：140-144
舱内爆炸载荷下箱型梁船体节点结构强度分析
张弩，刘均，李凯，李德聪
耐压抗冲覆盖层在水下爆炸载荷作用下的冲击防护特性
极间弹体偏转电磁力的影响因素仿真研究
200 t 级浮动冲击平台水下爆炸试验低频冲击响应数据分析
水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响
殷彩玉，金泽宇，谌勇，华宏星
陈恩涛，刘建湖，张显丕，张伦平张磊，杜志鹏，吴静波，计晨，张春辉，冯麟涵曾令玉，蔡尚，王诗平
杜志鹏，张磊，赵鹏铎
伍星星，刘建湖，张伦平，孟利平，汪俊
13（3）：103-109 13（3）：110-117
秦业志，姚熊亮，王志凯，王莹
13（3）：118-124
59 基于典型舰船结构特征的陆地靶标设计方案
吴子奇，徐振桓，王志凯，王治，姚熊亮 13（3）：125-130

水面舰艇运动仿真模型研究

水面舰艇运动仿真模型研究I. 前言1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目的与研究方法II. 水面舰艇运动仿真模型的建立2.1 船体运动方程的推导与分析2.2 舵面控制方程建立2.3 风浪扰动模型的建立2.4 噪声模型的建立III. 仿真模型的验证及精度分析3.1 运动数据采集与处理3.2 敏感性分析3.3 精度评价方法IV. 船艇行驶控制策略研究4.1 船舶航迹规划算法4.2 船艇动力系统控制策略4.3 船艇转向稳定性控制策略V. 实验验证5.1 实验系统设计与参数设置5.2 实验数据分析及结论5.3 实验结果的评价与分析VI. 结论与展望6.1 研究工作总结6.2 研究成果与创新点6.3 研究不足与展望6.4 研究方向的建议注：英文标题为：Research on simulation model of surface ship motionI. 前言1.1 研究背景与意义水面舰艇是现代海军的主力装备之一，具有作战、巡逻、救援等多种重要任务。

水面舰艇的运动特点往往受到水流、风浪、噪声等多种外界因素的影响，因此对其运动进行仿真研究，可以为舰艇的性能评价、控制策略制定、系统集成等方面提供重要参考和支持。

目前，国内外已有不少针对水面舰艇运动仿真模型的研究，主要集中在船体运动方程的建立、控制算法的设计和模型的精度验证等方面。

但在实际应用中，仍然存在一些问题，例如模型精度不够高、仿真效率较低等，需要进一步完善和优化。

因此，本文对水面舰艇运动仿真模型的研究具有重要的现实意义和科学价值。

1.2 国内外研究现状国外在水面舰艇运动仿真模型方面的研究已经比较成熟，主要涉及船体运动方程的建立、各种扰动因素的模拟、控制算法的设计等方面。

例如，美国、日本等发达国家的海军部门和船舶研究机构都在这方面进行了大量的研究工作，取得了一定的成果。

而国内的水面舰艇运动仿真模型研究相对落后，一些相关的研究工作主要集中在船舶气动力、流动噪声等方面，水面舰艇运动仿真模型的研究相对较少。

舰船集体防护系统超压及其波动分析

ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｕｃｆｔｕａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙｉｎｖｉｅｗｏｆｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔａｎｄｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｕａｔｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｒｅｕｌｕｃｆｕａｔｔｉｏｎｏｆＣＰＳｉｓｉｎａｆｌｌｙｐｕｔｏｒｆｗａｒｄ．
值过小，则不足以抵御外界风压，甚至会产生负的压差，导致外界污染进入防护区内；如果压力设定值过
大，会导致气密周界上的门或梯口盖开启困难，增加
水封设计高度等。集体防护系统在建压超压及运行过程中，会产生
一
定范围的压力波动，这种波动是允许的，但不应超
２０１３年第３期
舰船集体防护系统超压及其波动分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｏｌｌｅｃｔｉｖｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（ＣＰＳ），Ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｓｓｕｒｅ，Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ
舰船防化
２０１３年第３期，４８，－５１
ＣＨＥＭＩＣＡＬＤＥＦＥＮＣＥｏＮＳＨＩＰＳ３．４８－－５１

舰船水下爆炸数值仿真及抗爆结构研究

舰船水下爆炸数值仿真及抗爆结构研究现代战争中,对舰攻击武器的射程、精度和打击威力都有了极大提高,舰船面临的威胁日益严重。

提高舰船生命力一直是舰船结构动力学的重要研究课题之一。

为了增强舰船抗打击能力,至少需要完成三项复杂的工作:首先需要对作用于舰体的爆炸载荷进行研究,分析爆炸压力场的传播和分布特性;其次是深入研究和理解舰船结构在爆炸载荷作用下的响应破坏机理;最后是探讨提高舰船结构抗爆能力的有效途径,提出切实可行的抗爆措施。

舰船爆炸问题按爆炸源划分,可以分为空中爆炸和水下爆炸两类;按与船体的相对位置关系可以分为接触爆炸和非接触爆炸。

爆炸是炸药在极短的时间内,化学能量的剧烈释放过程,舰船在爆炸载荷作用下的响应具有高度非线性特征,并涉及到材料的失效破坏。

同时流固耦合问题在舰船爆炸计算中不容忽视。

因此试图通过建立精确的数学模型而使得舰船爆炸问题得到完全解析是不可能的。

目前可行的方法是实验研究和数值仿真研究。

特别是近十年来,数值仿真技术得到了飞速发展,舰船爆炸问题的数值仿真已经能够实现。

另一方面,由于舰船爆炸实验费用巨大,不便于进行系列实验研究,从而分析总结规律,而且爆炸实验的实施也存在相当的难度,因此数值仿真研究已经发展成为舰船爆炸的主要研究手段之一。

本文通过对显式非线性有限元技术的消化吸收,对舰船水下非接触爆炸进行了数值仿真研究。

归纳了相关的数值仿真计算理论,总结了数值仿真中的关键技术。

对炸药爆轰理论以及数值计算方法进行了阐述,研究了水下爆炸冲击波流场的传播及其分布特征,分析了爆炸流场与水中结构物的相互耦合作用,并在此基础上,对水下非接触爆炸冲击波载荷作用下舰船结构的响应和损伤机理进行了研究,提出了新型抗爆炸吸能结构形式,对其抗爆吸能特性进行了评估。

本文主要研究工作及结论如下:1.对数值仿真计算的相关理论进行了归纳总结,在舰船水下爆炸数值仿真计算中,结构宜采用Lagrange单元描述,爆炸流场宜采用多材料Euler单元描述,两者之间采用流固耦合算法加以连接。

哈尔滨工程大学科技成果——高速水面艇虚拟仿真系统

哈尔滨工程大学科技成果——高速水面艇虚拟仿真系统
项目概述
高速水面艇虚拟仿真系统受国家973项目，国家自然科学基金资助，经过多年的研发已经具备较成熟的技术基础。

该系统采用模块化设计，既可完成一般数值计算软件的数值计算分析工作，而且可以通过三维可视化技术直观的展示研究结果；同时还可进行各种虚拟仿真，如航迹控制仿真，高海情危险航行仿真，为实际试验提供算法有效性的前期验证；该系统也可回放实际试验数据用于后期分析。

该系统的应用可减轻水面船舶航行试验工作的压力，完善船舶研发过程中的验证体系，扩大试验工况范围，节省成本。

适用于高校、科研院所、船舶制造企业的船舶设计研发。

该系统主要由数值仿真、数据存储管理、绘图和用户界面模块组成，数值仿真模块完成欠驱动无人艇核心的数值仿真计算功能；数据存储管理模块用于存储和管理仿真系统数据；绘图模块用于完成二维曲线和仪表绘制以及三维可视化场景。

该仿真系统可实现高速水面艇的虚拟仿真，并实时显示二维三维仿真结果，可进行高速水面船舶的控制算法验证、虚拟演示以及试验数据的可视化回放。

项目成熟情况
该产品技术成熟，目前已经具有成品样机。

应用范围
舰载机飞行员的模拟训练。

水面舰艇核生化防御系统发展概况

文献综述水面舰艇核生化防御系统发展概况丁翠玲,戚中田*(第二军医大学海医系生物医学防护教研室,上海200433) 摘要:核生化武器是增强军事实力的重要手段,各国均十分重视核生化战剂的研制与发展㊂随着科学技术的进步,核生化武器的发展非常迅速㊂并且,在未来战争中,核生化武器使用的可能性也不断增加㊂本文针对水面舰艇核生化防御系统的现状,重点介绍了侦测技术㊁洗消技术㊁防护技术装备的进展,并分析了水面舰艇生物战剂防护亟待解决的问题,对我国海军舰艇核生化防御系统的构建和完善提供依据㊂关键词:　核生化武器;　侦测;　洗消;　防护;　生物战剂中图分类号:R852.7 文献标志码:A 文章编号:1001-5248(2019)04-0184-03作者简介:丁翠玲(1990-),女,博士研究生,讲师㊂从事生物医学防护研究㊂*通信作者相对常规武器而言,核生化武器易施放㊁难侦测㊁难防护〔1〕,并且具有巨大的破坏和毁伤能力,已被国际社会定义为大规模杀伤武器〔2〕㊂随着科学技术的进步,现代化的操控技术可实现核生化武器的远程精确制导与智能控制,可面对和适应复杂的战争环境,已成为海上作战的重大威胁之一〔2-3〕㊂同时核生化战剂及其运载工具不断改进,核生化武器的进展非常迅速,目前世界上拥有核生化武器的国家和地区也在不断增加〔4〕㊂核动力航母和潜艇的核泄漏〔5〕㊁海上核生化走私㊁恐怖组织袭击以及次生核化灾害使水面舰艇执行救援任务和处理突发事件时面临越来越多的威胁〔2〕㊂核生化武器在未来战争中使用的可能性不断增加〔4〕㊂水面舰艇是海军主要的战斗和事故救援装备,在执行任务过程中非常容易受到核生化武器的威胁与攻击㊂由于舰艇上人员密集㊁活动范围小㊁气象条件差等原因,水面舰艇遭受核生化武器袭击时,工作人员无法立即撤出污染区或及时消除核生化污染物〔6-7〕㊂海上独特的作战环境也对水面舰艇的核生化防御装备提出了更高的挑战:除了高湿㊁高腐蚀环境外,水面舰艇还要应对高EMI 环境㊁蒸汽㊁盐雾等对检测仪器的干扰〔6,8〕㊂因此,为了保障海军舰艇官兵在遭受到核生化威胁时仍然有效地执行军事任务,深入研究与发展舰艇核生化防御系统是十分必要并且形势迫切的㊂1　舰艇核生化防御系统技术装备现状和进展舰艇核生化防御系统,按照各部分技术装备所承担的任务和功能可分为侦测技术装备㊁洗消技术装备及防护技术装备㊂1.1　侦测技术装备　舰艇核生化防御系统中的侦测技术装备可对核生化战剂的种类和范围进行定性㊁定量的探测与监测,使舰艇和舰员能够及时组织舰船和人员防护〔1〕㊂在核武器远距离遥测方面,主要利用三坐标雷达㊁光电声跟踪和卫星等装备来观测核爆炸〔9〕,利用提高超压增强灵敏度㊁空间宽带电磁频谱分辨㊁背景光强度和相位阶跃变化性能等新技术增强作战舰艇的遥测技术装备〔9-10〕㊂对于近距离核武器点源检测方面,则通过新型宽量程辐射剂量探测器和实时γ成像技术对核辐射进行检测和定位〔9-11〕㊂在生化武器侦测方面,远距离遥测主要运用被动红外光谱IR 探测与主动红外-激光雷达IR-LIDAR 探测:主动激光雷达LIDAR 化学战剂遥测装置可探测20km 范围内的化学战剂,红外激光雷达IR-LIDAR 生物战剂遥测LR -BSDS 装置则可探测30km 距离的生物战剂〔9〕;而免疫胶体金技术㊁流式细胞技术㊁核酸识别技术㊁PCR 检测㊁免疫荧光检测㊁质谱分析㊁液相色谱等技术被广泛应用于生化战剂的现场检测中〔9〕㊂联合生物制剂识别和诊断系统(JBAIDS)可同时识别多种生物战剂,现已全面地运用于美军大型水面舰艇;联合化学剂探测器(JCAD)也可快速方便地实现化学战剂的自动检测〔6〕㊂1.2　洗消技术装备　洗消技术装备主要用于消除核生化战剂在舰艇上的累积,从而减弱或防止污染物对舰艇及人员的侵害,并且对舰艇性能不造成影响或者影响很小,使舰艇和舰员很快地恢复战斗力〔1〕㊂水防护洗消系统是水面舰艇核生化防护的主要手段之一㊂水幕系统㊁洗消溶液供给系统㊁固定式和便携式洗消设备共同组成舰艇的水防护洗消系统〔6〕㊂为了实现物理和化学双重洗消效能,研究人员研制出了利用高温和高压形成的射流洗消的洗消装备,该设备也已在多国舰艇中配置使用〔9〕㊂随着生化战剂多样化㊁复杂化的发展,单一的洗消剂无法满足生化战剂的广谱消毒〔10〕,反应迅速㊁无污染㊁低腐蚀并且具有光谱消毒能力的洗消剂是舰艇洗消防护研究的重要方向之一㊂为了减少舰艇及装备受污染的可能性,预防性洗消技术也在不断研究发展,美军在设计新型驱逐舰DDG-1000时便充分利用了预防性洗消技术〔9〕㊂随着科学技术的进步,水防护洗消系统现已逐渐向模块化㊁智能化㊁多功能的方向发展,以实现全面精确的舰艇洗消㊂个人洗消设备的目的是防止和减弱核生化战剂对舰员的侵害㊂为了实现便捷有效的使用,并不对舰员战斗力产生影响,更轻便㊁高效㊁无刺激的个人洗消器材急需开发应用㊂目前海军的主要个人洗消器材是M291表皮洗消工具,喷雾型XM-100吸附式洗消系统(SDS)是一种简便易操作的洗消装备,美军正在不断研发与改进,使之集洗消功能与吸附生物战剂功能为一体〔6〕㊂1.3　防护技术装备　防护技术装备包括集体防护和个人防护,是舰艇核生化防御系统的重要组成部分㊂(1)集体防护:目前舰艇对核生化进行防御的最有效的主动防御措施便是集体防护系统,集防系统是决定核生化攻击条件下自身生存和战斗成败的关键因素之一〔2,8〕㊂集体防护系统提供两级防护:全防护和有限防护㊂全防护区防护等级要求高,需保证(500±50)Pa的超压,以阻止空气中的污染物进入舱室,并且过滤系统需过滤所有物理状态的核生化污染物,为主要的战位区域(包括驾驶控制室㊁作战指挥室㊁电子海图室㊁起降指挥室㊁核化生监测战位㊁动力损管战位㊁医疗室㊁餐厅和住舱等)〔7〕;舰艇有限防护区的防护等级要求较低,需要根据侦测系统提供的侦测信息和报警状态来穿戴防护服和防毒面具以防御核生化战剂,主要包括轮机舱室㊁机炉舱等〔7〕㊂新造军舰现已经规定了集体防护系统的3个防护等级:等级Ⅰ:全防护区,为作战防护区和40%舰员的住舱㊁餐室㊁卫生间的设备提供防护;等级Ⅱ:小作战区,包括等级I的掩蔽区和一些关键的作战功能区;等级Ⅲ:大作战区,除飞行甲板和凹形甲板作战区以外的区域,包括等级Ⅰ的掩蔽区㊁等级Ⅱ小作战区〔7,12-14〕㊂舰艇集体防护系统构成复杂,由集防区空气污染监控设备㊁气密和超压控制设备㊁滤毒通风设备及其他辅助设备组成〔4,12〕㊂空气监测设备可通过监测空气中烟雾㊁气溶胶㊁放射性粒子以及生化毒剂来实时监测密闭舱室内的空气质量;气密和超压控制设备可保证水面舰艇的绝对密闭,适当建立超压空间;滤毒通风设备是整个舰艇集体防护系统的核心设备,需将空气中的污染物完全滤除,在核生化环境下保证舰员生命安全〔4〕㊂浸渍过催化剂的活性碳材料过滤器是各国海军舰艇集防系统中最常使用的过滤设备㊂但是该类过滤器使用寿命较短,更有效㊁易装备㊁使用时间长㊁抗损能力强的过滤设备亟待开发㊂目前可再生变压/变温吸附技术㊁制O2除CO2技术㊁等离子体催化技术是滤毒通风设备的发展方向〔4,15〕㊂目前,水面舰艇核生化集体防御系统在发达国家海军以及我国周边国家及地区海军都得到了快速发展㊂美㊁俄㊁英㊁法等国家海军的大部分舰艇都配置了先进的第二代集体防护系统〔2〕,其他多国也在不断进行集体防护系统的建设和发展㊂为了增强水面舰艇集体防护能力,水面舰艇集体防护由舰艇上区域性防护转向全舰性防护发展㊁战时防护转向全时防护发展〔4〕㊂(2)个人防护:在不具备集体防护能力的舰艇上,个人防护结合舰艇舱室限时封闭是水面舰艇应对核生化攻击的主要手段;具备集体防护系统的舰艇,个人防护是集体防护的有效补充,可协助舰艇在核生化条件下的人员防护以及检测㊁攻击等任务㊂个体防护装备是为防御各类核生化战剂㊁有害物质和其他有害因素对人员的伤害而穿戴和配备的各种装备的总称〔15〕㊂水面舰艇上广泛使用的个体防护装备包括:防毒面具㊁防护服㊁防护手套㊁战剂侦检箱㊁个人消毒急救包等㊂外军新型防毒面具的主要代表有美国M40/M42型㊁加拿大C4型㊁英国S10型防毒面具,更新型的防毒面具如美国JSGPM㊁瑞士MICRONEL C420㊁SM3/SM90㊁英国NBC FM12等陆续面世〔10,15〕㊂防护服主要分为隔绝式防护服和透气式防护服㊂美㊁英㊁法㊁德㊁瑞士等多个西方国家研制出多种材料的高性能防护织物,以用于防护服制造,以实现防毒服更有效㊁更耐用㊁更轻便〔10,15-16〕㊂2　水面舰艇面临的生物威胁以及亟待发展的生物战剂检测装备生物战剂作为战争攻击的重要武器之一,生物武器的毒性比化学战剂大得多,病毒㊁细菌等生物战剂所造成的危害是难以估计的〔17〕㊂随着科学技术的发展,更多新型复杂的生物战剂不断出现,逐渐由传统的细菌㊁病毒向基因武器发展〔2〕,水面舰艇所面临的海上生物威胁日趋严峻㊂新造舰艇空气监测设备可检测10余种病原体,但生物战剂种类多样化㊁难检测,若只依赖空气检测设备,无法完全覆盖新型生物战剂类别㊂而且战时生物战剂杀伤力大,作用时间迅速,完备完善的生物战剂检测箱亟待开发㊂同时,可检测多种新型生物战剂的空气检测设备急需研制开发㊂针对舰员的生物战剂检测设备使用培训也应作为各院校以及培训机构未来培训任务的重要内容㊂3　展望与启示随着协同作战要求的不断提高,核生化防御系统需不断向网络化㊁数字化㊁多元化发展㊂核生化防御系统发挥作用,需要得到来自作战指挥系统㊁导航定位系统㊁损管监控系统㊁气象系统的支持,因此将核生化防御系统纳入整个作战指挥系统,包括与岸基部队实现网络化连接,对于提高舰艇在核生化环境下的防御和对抗性能是十分必要的〔9〕㊂随着我国国家与军队实力的不断增强及军事科技的不断发展,我国舰艇核生化防御系统已经构建了较完善的以侦㊁防㊁消为主体的防御体系,但有些技术实力与西方发达国家仍存在一定的差距㊂因此我们要积极学习发达国家舰艇核生化防御系统的关键技术和装备发展,瞄准前沿,自主创新,重点解决侦检㊁防护和洗消的关键技术,实现水面舰艇核生化防御系统的突破性进展,在未来复杂的战争环境中保护自己,赢得先机㊂参考文献:〔1〕　方勇.舰船核生化防御措施及规避行为〔J〕.船海工程,2013,42(4):131.〔2〕　刘虹,刘飞,王斌.海上核化生安全威胁与水面舰艇集体防护〔J〕.舰船科学技术,2011,33(7):150.〔3〕　SQUASSONI,S A.Nuclear biological and chemical weap⁃ons and missiles status and trends〔R〕.US CRS Report toCongress,Jan14,2005.〔4〕　周平,张忠良,康健,等.海军舰艇核生化集体防护发展概况〔J〕.舰船科学技术,2016,38(13):1.〔5〕　环球时报.英国防部承认核潜艇12年发生9次核泄漏事故〔N〕.2009-5-20.〔6〕　包剑,罗雯军,王吉.美国海军水面舰艇核生化防护新发展〔J〕.船海工程,2013,42(4):81.〔7〕　赵宴辉,全晓鹏,聂亚杰,等.舰船集体防护系统体系及防护等级划分〔J〕.船海工程,2013,42(4):123.〔8〕　林芃,王吉,包剑,等.水面舰艇集体防护系统PID控制分析〔J〕.中国舰船研究,2015,10(4):118.〔9〕　申明荣.国外舰艇CBRN综合防御体系技术装备进展〔J〕.船舶,2012,23(5):31.〔10〕　高树田,张晓峰,王运斗.国外核化生医学防护装备现状与发展〔J〕.医疗卫生装备,2011,32(1):67.〔11〕　周铭,罗清勇.卫星在核爆炸探测中的应用〔J〕.卫星与网络,2007(5):58.〔12〕　U.S DOD.Joint Service Chemical and Biological Defense Programs FY08-09Overview〔R〕.U.S:DOD,2008:33.〔13〕　王曼琳.美国核辐射探测技术取得新突破〔J〕.国外防化科技动态,2006,45(1):1.〔14〕　施晓波,祁丽.NBC防护区超压控制的研究与运用〔J〕.船舶与海洋工程,2015,31(4):48.〔15〕　孙景海,左浩.国外核生化战剂防护装备技术的发展〔J〕.医疗卫生装备,2012,33(7):73.〔16〕　张文龙,崔海峰,孙景海,等.我国核化生战剂防护技术现状分析〔J〕.医疗卫生装备,2012,33(7):78.〔17〕　朱春来.水面舰艇集体防护系统〔J〕.舰船科学技术, 2001(3):37.(收稿日期:2019-01-06;修回日期:2019-01-25)(上接181页) 综上所述,足月新生儿脐带血血清抵抗素水平与分娩方式㊁出生体重有一定关系,与瘦素和脂联素呈正相关,与免疫功能无明显关系㊂参考文献:〔1〕　杨瑞兰,彭祖菊,贺雨,等.1191例新生儿脐血感染生物学指标参考区间调查分析〔J〕.重庆医学,2015,1(30):4258.〔2〕　叶秀霞,宋沅谨,姜艳蕊,等.脐带血维生素D水平与新生儿生长指标的关系〔J〕.临床儿科杂志,2017,35(6):430.〔3〕　黄龙坚,吕艳,郑景辉,等.多囊卵巢综合征母亲的新生儿脂肪代谢指标与脐带血雄激素水平的关系〔J〕.天津医药,2015,43(5):511.〔4〕　王涛,辜定纤,李萍.新生儿脐带血IGF-Ⅰ水平与妊娠期糖代谢异常母体HbAlc的关系〔J〕.中国妇幼健康研究,2017,28(1):18.〔5〕　方声,黄邀,卢洪萍,等.脐带血血清总胆红素检测在新生儿溶血病早期诊治中的应用价值〔J〕.实用预防医学,2017,24(4):491.〔6〕　邵勤,刁玉巧.联合检测脐血与外周动脉血pH值对评估新生儿缺氧缺血性脑损伤的临床价值〔J〕.检验医学与临床,2015,1(2):159.(收稿日期:2019-02-20;修回日期:2019-03-25)。

基于云模型的舰船综合仿真系统效能评估

基于云模型的舰船综合仿真系统效能评估杨玉峰;冯明奎;陈锦标【摘要】为降低海警实战训练所消耗费用,发挥舰船综合仿真系统的最大使用效能,开展效能评估研究.通过咨询专家,建立系统效能评估指标体系;根据评估指标所具有的模糊性和随机性特点,引入云模型评估方法.通过专家评估方式产生样本,采用逆云算法计算评估指标及其权重的云模型参数,经过正向云模型产生正态云图,运用模糊算子综合合成底层指标,进一步推进到上层指标,得到最高目标的云模型.采用模糊综合评判法对云模型评估结果进行检验,结果表明,运用云模型对舰船综合仿真系统效能进行综合评估的效果较好.【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2014(037)004【总页数】5页(P64-68)【关键词】船舶工程;舰船综合仿真系统;正向云模型;逆云模型;效能评估【作者】杨玉峰;冯明奎;陈锦标【作者单位】公安海警学院,浙江宁波315801;公安海警学院,浙江宁波315801;上海海事大学商船学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;U674.7基于信息技术、仿真技术不断发展，高端舰船设备不断被列装部队，海警需要不断进行实战训练。

特别是在国家成立海警局之后，随着海警维权活动不断增多，海警实战训练日益频繁，训练费用也随之大幅增加。

舰船综合仿真系统能够承担实战训练的大部分科目、大幅减少实战训练所需费用，并且不具有敏感海区实战对抗时可能发生的擦枪走火风险。

因此，有必要对舰船综合仿真系统的效能进行评估，以期最大限度地发挥其效能。

云模型能将模糊性和随机性很好地结合在一起，实现定性和定量的转换，评估结论更符合自然语言的表达。

云理论已成功应用于通信系统效能评估[1]、武器装备效能评估[2]、海上交通风险仿真[3]等领域。

针对舰船综合仿真系统效能评估的研究资料较少的情况，尝试建立系统效能评估指标体系，根据评估指标所具有的模糊性和随机性特点，通过专家评估产生样本，运用逆云算法计算评估指标的云模型参数，经过正向云模型产生正态云图，从而实现对舰船综合仿真系统效能的综合评估。

基于CFD的海洋工程船舶流载荷特性仿真

基于CFD的海洋工程船舶流载荷特性仿真贾宝柱;纪然;杨德才【摘要】采用RANS方法的RNG k-ε湍流模型研究海洋工程船舶的流载荷特性,依据船舶型线图建立仿真模型,并对仿真区域及模型进行混合网格划分.通过改变入口条件及流体参数设定分别计算了不同傅汝德数、不同流攻角及不同流速变化率下船体周围流场及压力场分布.并对3种不同尺度船型分别进行仿真,以期获得一致化流场分布规律.所得结论对于研究船舶流载荷阻力预报、船体型线优化设计及船舶操纵控制有一定指导意义.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)010【总页数】6页(P82-86,92)【关键词】船舶流载荷;CFD;数值仿真;流场分布;压力场分布【作者】贾宝柱;纪然;杨德才【作者单位】大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026;大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026;大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026【正文语种】中文【中图分类】U661.10 引言流载荷是开敞水域内海洋工程船舶受到主要环境扰动之一，其影响主要体现在水平面内对船体的作用力及力矩，流速以及流向角的大小对船舶的流载荷有着重要影响。

OCIMF通过水池实验获得15～50万吨VLCC船舶的流载荷计算图谱[1]，文献[2]采用平板升力理论和二维横流理论分析流载荷作用的特性。

与之相比，近年来兴起的 CFD（Computational Fluid Dynamics）仿真技术采用数值计算的方法模拟不可压缩流体湍流运动的速度、压力场，进而实现对船舶水动力性能（阻力、伴流、波形）的预报[3]。

对比水池试验与半经验公式，该方法所需的时间及费用成本较低、效率高，针对不同船型具有更可靠的计算精度。

Vaz[4]研究了位置保持状态下半潜式海洋平台单桩体流载荷预报问题，将CFD方法与水池模型测试数据及半经验公式进行比较并讨论偏差出现的原因。

Toxopeus[5]应用CFD仿真了不同水深下运动船舶周围的粘性流体流场分布情况，发现浅水区域粘性流体对船舶阻力的影响系数更大。

仿真试验在美国海军舰艇自防御系统论证中的应用

仿真试验在美国海军舰艇自防御系统论证中的应用仿真试验在美国海军舰艇自防御系统论证中的应用随着现代科技的不断发展，海军舰艇自防御系统已经成为了现代军事装备的重要组成部分。

美国海军一直致力于开发先进的自防御系统以保障海军舰艇在作战中的安全。

然而，在实际应用中，自防御系统的效果会受到众多因素的影响，例如天气条件、舰艇运动状态、攻击武器种类等。

因此，为了更加准确地评估自防御系统的实际效果，美国海军使用仿真试验进行系统论证，本文将对此进行介绍和分析。

首先，为了评估自防御系统的性能，需要对舰艇在不同工况下的防御效果进行评估。

而在实际中，试验条件的再现很难完全重复。

然而，通过仿真试验，可以更好地模拟在不同工况下的攻击条件和防御系统的应对。

例如，可以通过建模模拟武器系统的攻击模式、武器威力、攻击速度等影响因素，同时结合舰艇的实际位置、速度、水流、潮汐等因素，通过过程仿真算法，模拟真实的攻击与防御过程，直观地感受到自防御系统对攻击的反应速度和防御效果。

其次，同时，仿真试验也能有效减少试验成本和试验时的危险性。

如实际试验需要耗费巨额预算和时间并且存在人员安全的风险。

而通过仿真试验，可以大大缩短试验时间，减少试验成本，提高安全性，减少试验因素的影响，从而特别是在预算受限的条件下，依然能够评估性能和预测海战挑战条件下的舰艇防御性能。

最后，通过仿真试验，可以进行系统性分析，比如，分析不同的防御方案对海战胜率的贡献度大小。

通过反复试验，系统学习与训练，来优化防御方案以提高对抗性能，能够有效针对海战的现代化需求，优化弹、拦、反自防御系统的自主防御、射击和战术协同互动能力，进一步提高美国海军舰艇的作战能力和保障能力。

然而，仿真试验虽能更准确地评估自防御系统的实际效果，但也存在着一些局限性。

在仿真设计中，评估目标设置的过于理想，从而可能存在某些影响因素被过度疏忽，进而产生较为理想化的性能评价结果。

同时，仿真试验中的一些假设条件也可能与实际环境与外部因素存在差异，导致仿真结果的偏差。

舰艇舱室内爆炸超压检测系统设计及其动态验证

舰艇舱室内爆炸超压检测系统设计及其动态验证刘亚雷;于艳美;孟春宁【期刊名称】《电子测量技术》【年(卷),期】2016(0)8【摘要】为了在有限的舰艇舱室空间内实现对爆炸冲击波超压的有效检测,设计了一种体积小、功耗低、响应快的集成模块化自适应存储式舰艇舱室内爆炸超压检测系统。

概述了系统的基本组成,给出了超压检测系统的硬件组成,主要包含了电源硬件模块、信号调理模块、存储模块以及触发模块等部分。

设计了一个内径为0.8 m,长0.8 m,壁厚12mm的舰艇舱室模拟装置,并在5g及6.8gTNT柱形装药下进行了内爆炸动态验证试验,分别测得4个不同位置处的超压数据信号,基于内爆炸分析理论,证实了超压数据的合理性,同时也验证了本文设计的超压检测系统的有效性。

该系统为深入研究舰艇舱室内爆炸冲击波流场的变化、荷载分布及舰艇机电设备的防护提供了技术支撑。

【总页数】5页(P109-113)【关键词】舰艇舱室;存储式超压检测系统;自适应触发;内爆炸【作者】刘亚雷;于艳美;孟春宁【作者单位】公安海警学院机电管理系;宁波大学科学与技术学院【正文语种】中文【中图分类】TJ410.6【相关文献】1.水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性仿真研究 [J], 吴林杰;侯海量;朱锡;陈鹏宇;阚于龙2.水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性 [J], 吴林杰;侯海量;朱锡;陈鹏宇;田万平3.水下爆炸中舰艇弹药舱冲击安全研究 [J], 赵鹏远;金辉;李兵;房毅;奚慧魏4.综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响 [J], 夏微;高魁;乔国栋;田宇;周云权5.防爆舱设计及抗爆炸冲击波超压试验研究 [J], 张琳;张泽;姚李刚;杨剑波;秦将;潘登;王军龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

舰艇对空自防御系统仿真试验目标模拟技术研究

要组成部分，是舰艇做好自身防护的关键。通常舰
击，这样是最真实、最直接、最有效的，但是存在样
艇对空自防御系统主要由预警探测设备，作战指控
本量有限、效费比不高的问题，国内外研究单位都
控制系统，导弹、火炮及电子战软硬抗击武器系统
将仿真手段作为研究对空自防御效能分析的有效
组成。对空自防御的一般过程是，预警探测设备将
势生成。陈志刚，男，硕士研究生，工程师，研究方向：计算机应用、软件工程。
2021 年第 3 期
舰船电子工程
45
处理性能仿真测试评估方法，在实验室条件下，通
判断、火力分配形成作战方案，并对软硬武器下达
过模拟各类情报信息输入指控系统完成测试。
目指信息；软硬武器根据目指信息进行射击诸元解
朱忍胜、谢红卫等研究了一种水面舰船对空自防御
由地球直角坐标系（ECEF）转换为经纬高坐标
等信息。
3.2
典型航迹设计
根据上面论述航迹解算方法，航迹设计主要变
系（WGS-84）没有解析公式，需要迭代计算求得，
成为水平面和垂直面的航迹曲线设计，下面针对向
其公式为
( R N + H )i + 1 = x
ü
ï
Re
ï
RN =
12
ï
2
2
2
cos L + (1 - e )sin L i
JIA Hongjin
Abstract
WU Liang
LIU Shaoqiang
XIONG Yongkun
（No. 91336 Troops of PLA，Qinhuangdao
CHEN Zhigang
066326）

集体防护系统超压控制阀性能的数值模拟与优化

集体防护系统超压控制阀性能的数值模拟与优化包剑;罗雯军;王吉【摘要】对目前国内舰艇使用的一种超压控制阀的性能进行数值模拟来确定其流量特性,在此基础上,提出一种简化型控制阀,通过对简化型阀和原型阀的对比分析,将原型阀的阀瓣形状进行优化设计,提出优化方案,以此来提高超压控制阀的使用性能.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】6页(P115-119,122)【关键词】集体防护;超压控制;数值模拟【作者】包剑;罗雯军;王吉【作者单位】中国舰船研究设计中心,上海201108;中国舰船研究设计中心,上海201108;中国舰船研究设计中心,上海201108【正文语种】中文【中图分类】U674.7+03.7作为海上作战和事故救援的主要力量，水面舰艇可能随时面临核生化安全的威胁[1-3]。

舰用核生化集体防护系统是实现水面舰艇可以在核生化环境中执行任务的唯一快速、先进、高效的防护手段，其具备防护范围广、防护时间长、对人员工作、生活和设备运行影响较小等优势[4]，是世界各海军强国水面舰艇先进性的重要衡量指标之一[5-6]。

集体防护系统作为水面舰艇在核生化环境中执行任务的高效的防护手段，其工作机理是在舰艇上划分出一个特定的区域，对其采取相应的密闭措施并维持该区域相对外界存在一定的正压差来阻止外部核生化污染物进入该区域。

这一特定的区域称为集体防护区(以下简称为集防区)，这个特定的正压差成为集防区超压值。

集防区超压值太高则对应的空调系统的配置需要提升，对集防区密性提出更高的要求，且人员舒适性也会降低；超压值太低又不能有效抵御外部核生化污染物的进入。

参考欧美海军相关规范，超压值大概维持在300～500 Pa[7-9]。

超压控制阀是一种用于集体防护系统微差压控制的特殊阀门，它能够在两个空间之间或一个空间与外界之间形成微小的压力差，可以达到防止相互交叉污染的目的。

目前对普通阀门的压差波动控制及阀门阻力特性研究已经取得了诸多成果。

近水面水下爆炸作用下舰艇结构损伤数值仿真

图２舷侧舭部板架模型示意图
２．２试验工况板架模型试验在海军工程大学爆炸试验筒内进行试验工况见表１．
表１板架模型试验工况载荷参数表
ＴＮＴ装模型吃水／ｍ药量／ｋｇ０．４０．２３０１０．７１攻角／度装药爆距／ｍ装药沉深／ｍ
２．３试验结果板架模型在外板迎爆面出现明显内凹变形形状为纵向凹坑状中间深两端较浅．模型最大变形在中部舱段迎爆面３号和５号肋骨之间．变形结果经过测量最大值为２４ｍｍ在３号和４号肋骨之间．外板变形在两个舱壁处被隔断．
这种反射属于线性反射采用声学近似处理已经足够精确区属于非线性反非线性的影响区大于冲击波正相作用时间的20而小于100冲击波波头的压力不受影响非线性影响不可忽视区的非线性影响非常大稀疏波的波头完全赶上直达入射波击波的波头压力有所减小冲击波的能量受到较大程度的削弱
第１５卷增刊计算机辅助工程Ｖｏｌ．１５Ｓｕｐｐｌ．２００６年９月ＣＯＭＰＵＴＥＲＡＩＤＥＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳｅｐ．２００６
令k =
则测点Ａ处的水下爆炸冲击波峰值压力为
Pm = Pm ( r ) 3 k
ｒ
假设水域中有一测点Ａ距爆心Ｏ点的距离为距爆心镜像 O′ 点的距离为 r ′ 球形药包的半径测点Ａ的压力即测深为ｈ爆心Ｏ点到测点Ａ点的水平距离为
为 r0 ．爆心Ｏ点的深度即爆深为ＨＡ点的深度Ｌ可取以下无量纲量
图５板架变形情况数值仿真结果
测
（ｂ）俯视图
点Ａ处于区域中按照公式１进行计算得到的载荷压力时间方程及正压作用时间输入ＭＳＣＤｙｔｒａｎ进行计算．２．４．２数值计算结果图５所示为数值计算结果云图图中显示的是板架最终变形情况．模型中部舱段最大变形在两个舱壁之间最大值为１８．７ｍｍ．变形在两个舱壁处４号和１２号肋骨被隔断．

中国舰船研究2016-2018年论文精选100篇

1
总体与性能
2
2016
1
总体与性能
3
2016
1
总体与性能
4
2016
1
总体与性能
5
6
7
8
杨海，刘雁集，张凯. 实验尺度无人水下滑翔机设计与试验［J］. 中国舰船研究，2016，11（1）：102-107，120. YANG Hai ， LIU Yanji， ZHANG Kai. Design and experiment for laboratory-scale autonomous underwater gliders［J］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（1）：102-107，120. 吕振望，马坤，李新萌. 破损舰船瘫船状态倾覆概率评估方法［J］. 中国舰船研究，2016，11（2）：21-26. LV Zhenwang，MA Kun，LI Xinmeng. Vulnerability assessment for dead-ship stability failure mode of the damaged warship［J］. Chinese Journal of Ship Research，2016，11（2）：21-26. 杜晓佳，崔玫. 初步设计阶段桅杆外形的隐身性评估与改进［J］ . 中国舰船研究，2016，11（2）：127-132. DU Xiaojia，CUI Mei. Stealth evaluation and improvement of mast configuration in the preliminary design stage ［J］ .Chinese Journal of Ship Research，2016，11（2）：127-132. 庞建华，宗智，周力，等 . 并列双圆柱绕流中宽窄尾流的识别方法［J］. 中国舰船研究，2016，11（3）：37-42. PANG Jianhua ， ZONG Zhi ， ZHOU Li ， et al. A method for distinguishing WW and NW in the flow around two side by side circular cylinders ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2016， 11 （3）： 37-42.

某型船用控制器冲击响应仿真计算及分析对比

静态（N/mm）
（（2）N动设/m态备m的）响应工围位作（移频H达率z到）范限位值隔Δ振X系0：数
底部隔振器 JSZ-3-10 （1） 18.2
23.6
10~2 000
0.6 （11）
底部隔振器 JSZ-3-20
36
46.8
10~2 000
0.6
式中：ΔX0 为初始的限位器间隙。
1.1 系统的运动方程
16 23 13
最大冲击力（kN）
X 45 o Z
0.48 0.52 1
（13）（14）
两边同时积分，可得：
（3）
（15）
当压缩过程结束达到最大变形位置 δmax 时，相对形变速度 δ ( t ) = 0，这时 X1 ( t ) 就是基座的速度 V，即
对于带限位器的模型，一般只讨论响应的位移达到限位值的情况。限位器的隔振效果可根据最大传递
2.1 控制器的结构分析及有限元网格划分
位安装时，将 bushing 各个方向的刚度都设置成常数。
控制器主要由机箱、支架、隔振器及机箱内部的元器件等组成。其中：机箱下部通过四只 JSZ-3-20 型和中间两只 JSZ-3-10 型隔振器与支架连接，机箱侧面
由于在冲击过程中存在非线性，在 step（分析步）模块中将非线性计算打开。 2.3 边界条件设置
BV043/85 标准，分别给弹性安装下带限位器和不带限位器的模型加载相同的正负三角波，根据仿真结果
分析限位装置对隔离系统隔振效果的影响及控制器抗冲击能力。结果表明：控制器在有无限位装置的情
况下于同一处出现了应力最大值，说明存在薄弱环节；在隔振系统中加入限位装置，能在一定限度内减
少设备冲击响应的位移，但设备本身受到的应力会加大，且隔振效果减弱。

舰船水上动爆冲击波超压测量研究

中布设了 1600 多个测量通道。2000 年韩国在 MSH
实船的爆炸测试中布设了 200 个测试通道。取得
了大量原始数据。国内实船爆炸测试较少，1981
∗
道。2007 年到 2008 年进行了三型舰船动爆测试，
术，提高了舰船爆炸测试触发的可靠性，通过数据
的多位置冗余备份和无线传输技术，提高了数据的
测试技术有一定的进步［1］。敖妙［2］通过群触发技
性能和提升舰船抗打击能力设计都非常重要，国内
外多家科研机构展开了相关研究。瑞典在 20 世纪
70 年代潜艇舱段水下爆炸测试中布设了 78 个测量
通道。荷兰在 1996 年的 Troika 爆炸测试中布设了
56 个测量通道。美国在海狼级核潜艇的爆炸测试
率是指以瞄准点为中心，以半径 R 画一个圆形，在
稳定投射条件下多次投射，将有 50%的落点位于这
个圆形之内，详见文献［7］的相关内容。
由 CEP 的定义，结合圆概率定义，容易推出当
R » 2.55RCEP 时（取两位小数，下同），装药的概率 P m
为
P m = 0.99
时，壁面承受最大超压，即
Dp m = 2Dp +
the current research situation in this field，as well as the influence of charge quantity，shell charge and charge velocity on shock
wave overpressure. The Harpoon Missile BlockⅡ of the United States are used for calculation. This paper summarizes the applica⁃

大型水面舰艇防雷舱结构防护机理数值仿真

大型水面舰艇防雷舱结构防护机理数值仿真唐廷;朱锡;侯海量;陈长海【摘要】In order to study the defense mechanism of a cabin near the shipboard for large surface vessels, after building a model of liquid-solid coupling with multi-materials and multi-coupling surfaces by MSC. Dytran, deformation and fracture of a typical cabin near the shipboard subjected to an underwater explosion were simulated. When compared with several experiments, the results showed that this simulation method is correct through analyzing the fracture process of a cabin near the shipboard, the response of a steel hull plate for shock waves, and the defense mechanism of the first cabin and the liquid cabin. The mechanism of a cabin near the shipboard subjected to a shock wave and bubble expansion during a contact underwater explosion ( UNDEX) was analysised, and the defense mechanism of a cabin near the shipboard was also studied. The results show that the forward plate is the primary undertaker, and the defence against high-velocity fracture is dependant on the liquid cabin; also, the defence of bubble expansion is dependant on the whole structure of the first cabin.%为研究大型水面舰艇防雷舱结构的防护机理,运用MSC.Dytran,建立多材料和多耦合面的流固耦合模型,模拟了典型防雷舱结构在水下接触爆炸作用下的变形与破坏,并与试验结果进行对比,验证该方法的正确性.在综合分析防雷舱结构破坏的基本过程、外板对冲击波的响应、第1层空舱和液舱防护机理的基础上,分析了水下接触爆炸时冲击波荷载和气泡膨胀荷载分别对防雷舱结构的作用机理,研究了防雷舱结构对水下接触爆炸的防护机理.结果表明:外板是防护冲击波的主要载体,高速度破片的防护主要依赖防护液舱,而气泡膨胀荷载的防护则需要第1层空舱的舱壁结构整体承担.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】8页(P142-149)【关键词】防雷舱;水下接触爆炸;防护机理;数值仿真;MSC.Dytran【作者】唐廷;朱锡;侯海量;陈长海【作者单位】海军工程大学天津校区,天津300450;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U661.6;O382.1大型水面舰艇在现代海战中面临的主要水下威胁为鱼雷的接触爆炸破坏.为此，大型水面舰艇在其水下舷侧部位设置防雷舱结构，以增强舰艇的被动防御能力和生存能力，所以开展大型水面舰艇防雷舱结构的研究具有重要的军事意义.直接关于防雷舱结构研究的文献很少，可供查阅的国外文献主要为简单结构对水下接触爆炸的响应研究［1-3］，或者是舰艇结构对水下非接触爆炸的响应研究［4-5］.近年来，随着我国海军的迅速发展，大型水面舰艇防雷舱结构的研究受到了部分学者的关注.哈尔滨工程大学运用ANSYS/LS-DYN将舷侧防护结构简化成多层板进行了数值分析［6-7］;海军工程大学则进行了防雷舱结构的模型抗爆试验研究［8］.综合国内外的相关研究成果，可以看出，防雷舱结构研究已逐渐成为水下爆炸研究的重点和难点.受试验经费和条件的影响，尚未开展大规模的试验研究;其次在小规模的试验过程中，很难详细观察防雷舱结构的破坏过程，只能得到结构的最终破坏结果，不易揭示防雷舱的防护机理，所以开展数值仿真研究也就成了防雷舱结构研究的必然选择方向.从当前的数值仿真现状来看，国外的数值仿真技术比较成熟，但对我国进行技术封锁(如美国)，前沿的研究成果很难获取;国内虽取得了部分成果，但也存在结构简单和缺乏试验验证等缺陷.本文以防雷舱结构的模型抗爆试验研究为基础，采用先进的流固耦合软件MSC.Dytran对完整的防雷舱结构进行抗爆数值模拟分析，揭示水下爆炸荷载对防雷舱结构的作用机理，给出防雷舱结构的防护机理，可以为大舰艇的生命力评估及其防雷舱结构设计提供理论基础.1 典型防雷舱结构图1为典型防雷舱结构的示意图，典型的水下舷侧防雷舱结构一般设有3～4道防护隔舱.第1层为空舱，给接触爆炸时的外板提供变形的空间，并迅速衰减爆炸冲击波压力，因而称为膨胀舱;第2层舱室一般为液舱，使鱼雷爆炸破片和外板破裂的二次破片在高速穿入液舱后速度迅速衰减，因而称为吸收舱;第3层舱室又为空舱，以再次阻隔冲击波对内层防御主纵舱壁的破坏作用.在此基础上，国外进行了发展，并成功运用于大型水面舰艇上.其防雷舱结构已发展得更为复杂，不仅在水线附近增加了防护装甲，而且增加了防雷舱结构的隔舱数目.图1 典型防雷舱结构Fig.1 Typical cabin near the shipboard2 防雷舱模型抗水下爆炸试验为了便于检验分析数值模拟方法的正确性，选用海军工程大学防雷舱结构水下接触爆炸试验［8］的模型2和3进行模拟分析.下面先对试验的模型和设置进行简单的介绍.模型2全长1 500 mm，高710 mm ，宽567 mm.图2为防雷舱的横剖面图.从右至左依次为外板、液舱前板、液舱后板、防御纵壁和防水纵壁，液舱前、后板之间即为液舱.除防水纵壁以外，包括顶板和底板在内的所有面板上均铺有肋骨，肋距为167 mm.模型3和模型2的结构形式相同，不同点在于模型3在模型2的基础上对局部的板进行了加强.防御纵壁和顶板进行材料和结构加强，将板厚增加到4 mm，材料改为屈服强度为390 MPa的低合金船用钢.图2 模型2结构横剖面Fig.2 Transverse section of model 2试验在海军工程大学爆炸试验筒内进行.按几何缩比的试验药量取为0.3 kg.将炸药用胶布粘附于外板上，置于水下0.3 m处.而后在试验筒内注水，使模型浸入到设计水线处(见图3).图3 试验布置Fig.3 Design of experiment3 防雷舱结构有限元模型本文采用 MSC.Patran建立有限元模型，用MSC.Dytran程序进行数值仿真分析.防雷舱结构全部用壳单元进行模拟，结构自身的接触用自适应接触进行分析;水、空气和炸药采用多材料欧拉求解器(MMHYDRO)进行计算;流体与结构的耦合作用采用考虑失效的一般耦合进行分析;欧拉域之间的材料流动用POLPACK方法实现;各欧拉域之间的相互作用通过 COUP1INT选项和 PARAM、FASTCOUP、INPLANE及FAIL激活.3.1 状态方程与材料参数对于水下舷侧结构接触爆炸作用下的动态响应数值计算来说，涉及到空气、水、炸药和船体结构钢4种材料.1)空气.假设空气为理想气体，其状态方程如下:式中:p为空气压力，设为1.0×105Pa;ρ为空气密度，初始密度设为1.184 8 kg/m3;e为内能，设为2.11 ×105J/kg;γ 为比热，设为1.4.2)水.水被假设成可压缩但是无粘性无旋性的流体，它的状态方程由多项式给出:式中:k是体积模量，ρ和ρ0分别为水的瞬时密度和参考密度.取 k=2.2 ×109Pa，ρ=103kg/m3.3)炸药.设TNT炸药的密度为1 717 kg/m3，质量为 0.3 kg，内能为 4.765×106J/kg.炸药可以用JWL方程来进行模拟，但如果假设炸药为球形装药，半径为0.034 8 m.为了有效地模拟炸药，欧拉域的网格必须划分得非常细密［9］.同时为了减少结构与炸药接触部分单元的失效数目，更好地模拟破片对后续结构的冲击作用，这里采用高压空气(γ=1.4)等效进行模拟.空气的质量和内能和炸药一样，半径调整为0.11 m，密度调整为105 kg/m3.空气的初始压力由式(1)可以计算得到为2.0×108Pa.4)防雷舱结构.设防雷舱结构的本构模型为双线性的弹塑性模型，由下面的公式描述:式中:σ0为初始屈服应力，设为2.35×108Pa;E为杨氏弹性模量，设为2.1×1011Pa;Eh为硬化模量，设为2.5 ×108Pa;εp为等效塑性应变;σy为屈服应力.同时考虑钢板的失效，设其最大塑性应变为 0.28.在冲击状态下，材料考虑应变率的影响由下式给出:式中:σd为瞬态应力;σy为屈服应力;为等效塑性应变率;D和p为应变率参数，分别设为40.4和5.3.2 几何模型利用MSC.Patran建模，模型2和模型3的有限元结构的几何模型相同，如图4所示，模型的外板、舱壁、甲板及其加强筋均采用四边形板壳单元，共71 166个. 图4 有限元结构的几何模型Fig.4 Geometry model of FEM structure3.3 欧拉域为了分析防雷舱结构内外空气与水介质与结构的相互作用，如图5所示，分别设置了5个欧拉域.第1个欧拉域为防雷舱外部的欧拉域，用来模拟防雷舱结构外部的水和空气;第2个欧拉域为外板与液舱前板之间的空舱，里面的介质为空气;第3个欧拉域为液舱，舱内液面高度为0.5 m，上面留有0.11 m高度的空气;第4个欧拉域为液舱后板与防护纵壁之间的空舱，里面的介质为空气;第5个欧拉域为防护纵壁与防水纵壁之间的空舱，里面的介质为空气.在MSC.Dytran中，欧拉域单元均为六面体实体网格，用MESH命令生成.其中第1个欧拉域为固定网格，网格尺寸为0.038 m ×0.04 m ×0.038 m，共有245 025 个单元.而其他欧拉域为自适应网格，网格尺寸为0.035 m ×0.035 m ×0.035 m.图5 欧拉域布置Fig.5 Position of Euler fields3.4 计算法则1)接触算法:因为结构大变形后，会发生相互接触，而产生的破片也会对相邻产生侵彻作用.本文选择的接触算法为自适应接触算法.自适应接触是模拟破坏过程的接触剖问题非常有用的工具.在CONTACT卡的ADAPT域填写YES可以将主面定义为自适应接触面.当接触面范围内的单元失效后，程序自动对接触面进行更新.如果是板壳单元，则将相应的面段删除，自然地形成破口.2)耦合算法:本文采用MSC.Dytran独有的一般耦合算法模拟流体与结构之间的相互作用，该算法通过在拉格朗日模型上定义一层耦合面，将模型的欧拉部分与拉格朗日部分之间建立起耦合关系，该面是欧拉网格与拉格朗日网格之间的相互作用力的传递者.本文共使用了5个耦合面，当某部分共用的耦合面失效时，会形成破口，不同耦合域之间的流动通过COUP1INT定义.质量通过通透区的传输基于欧拉单元内气体相对于移动耦合面的速度.4 仿真与试验结果比较分析4.1 结果比较模型2的试验结果与数值仿真分别为图6和7，而模型3的试验结果与数值仿真结果分别为图8和9.图6 模型2试验结果Fig.6 The experiment result of model 2图7 模型2数值仿真结果(t=10 ms)Fig.7 The result of numerical simulation of model 2(t=10 ms)由图6和图8可以看出，模型2和模型3在试验后均在外板上形成了一个长约0.5 m(跨3档肋骨)、高约0.5 m的大破口，但凹陷区域区域长度跨5档肋骨，各破裂板块呈花瓣形状向内翻转.模型2的外板、液舱内外纵壁和防御纵壁均已破裂，而模型3的防御纵壁在加厚后没有破裂.但这2个模型的防御纵壁和液舱内板并没有被碎片打穿的迹象，破口产生的主要原因是结构的横向塑性大变形.模型2的顶板被向内翻转的外板刺穿，而模型3的顶板在加厚后未被刺穿.数值模拟的结果如图79所示，爆炸后模型2和模型3的外板上产生了一个大破口，破口长度跨3档肋骨，高约0.55 m，凹陷范围跨5档肋骨.破口上各破裂板块也呈花瓣形状向内翻转，并分别与液舱外板、甲板、底部等其他结构碰撞.液舱外板上有一个大破口，而液舱内板产生塑性大变形，但没有破裂.模型2的外板向上弯曲，刺穿顶板，而模型3的顶板在加厚后未被刺穿.图8 模型3试验结果Fig.8 The experiment result of model 3图9 模型3数值仿真结果(t=10 ms)Fig.9 The result of numerical simulation of model 3(t=10 ms)4.2 结果分析从试验和数值仿真的结果可以看出，数值仿真结果在外板、顶板和液舱外板的变形与破坏上与试验结果比较吻合.但试验模型的液舱内板和防御纵壁的变形与破坏要大于数值仿真的结果.产生这种差别的原因有以下2点:1)数值仿真不能模拟结构的实际缺陷，如材料的非均匀特性和焊缝等，由此导致仿真的结构强度要大于试验的结构强度.试验模型的液舱内板和防御纵壁沿焊缝破裂就很好的说明了这一点;2)数值仿真在模拟结构破损过程中，单元在失效后不参与后续计算，导致冲击能量的减小，从而结构的破坏也就相应减小.综合对比分析试验与仿真结果表明:数值仿真能较好地定量模拟防雷舱结构外板、顶板和液舱外板的变形与破坏，对于液舱内板及其后续结构的变形与破坏则可以定性的进行模拟分析.5 防雷舱结构防护机理分析5.1 防雷舱结构破坏的基本过程通过水下接触爆炸时防雷舱结构响应的数值仿真过程可以分析防雷舱结构的防护机理.图10为模型2变形与破坏过程的数值仿真结果，从左至右，时间依次为t=0.2、0.4、0.6、1.0、2.0、4.0 ms.如图10所示，0.2 ms时，防雷舱结构外板在强大的冲击波作用下，直接形成一个冲塞破口，破片以极高速度脱离外板，飞向液舱外板.0.4 ms时，外板形成的冲塞破片液舱外板相接触，在液舱外板上形成破口.外板在气泡膨胀压力荷载的作用下，破口继续扩大，各破裂板块呈花瓣形状开始向内翻转.0.6 ms时，外板花瓣状破裂板块继续向内翻转.受液舱中水的作用，液舱内板上的破片在水中形成应力波，并对液舱内板形成冲击作用.1.0 ms时，外板变形继续扩大，顶板受到挤压后向上隆起，液舱内板受冲击作用开始变形.2.0 ms时，外板花瓣状破裂板块与顶板接触，并刺穿顶板.而液舱内板的变形则继续扩大.4.0 ms后，结构各部分的变形和破坏稍有加大，开始整体向后移动，受此影响，防水纵壁向前弯曲.图10 模型2破坏过程Fig.10 Damage process of model 25.2 外板对冲击波的响应1)外板对冲击波的反射:爆炸冲击波是水下爆炸荷载的主要表现形式.图11为欧拉域1(外部水域)中压力分布图，由左至右的时间依次为0.1、0.2、0.3 和 0.4 ms.从中可以看出，水中爆炸产生的冲击波在遇到外板时会发生反射，其对结构的冲击作用主要在 0.1 ～0.2 ms，0.2 ms以后，冲击波已远离结构.结合图10可以看出，外板的冲塞破坏即发生在此阶段，这不仅说明外板对冲击波有很好的防护作用，而且表明了冲击波荷载是外板冲塞破坏的直接原因.图11 欧拉域1中压力分布Fig.11 Pressure in the first Euler field2)冲击波对外板的破坏作用:外板在反射冲击波的同时，也会获得很大的初始动能.如图12所示，输出外板上中间部分节点在Y方向上的速度，节点的编号从上至下依次为 Node 31472:31459，Node 31253:31241，Node 31965:31977，共40 个节点.图13为外板上节点的速度分布，从中可以看出，0.1 ms时，在冲击波的作用下，外板迅速获得很大的速度(中间节点速度达到700 m/s).而速度分布为一中间凹陷且连续的曲线，说明外板还未发生破裂;0.2 ms时，中间部分节点速度继续增大(约为800 m/s)，速度分布曲线在“B”位置处产生间断，说明外板首先在下部开始撕裂;0.3 ms时速度分布曲线在“A”位置也产生间断，说明外板在上部也形成了撕裂.而中间部分节点的速度下降很快，表明破片已撞击到液舱前板;0.4 ms时只输出了两边部分节点的速度，说明外板上形成的冲塞破片已完全与液舱前板发生碰撞并失效.而破口附近没有失效的节点的动能转化成变形能，速度迅速下降.值得注意的是“A”点处的特征，它正好位于速度分布曲线斜率绝对值最大的位置，表明接触爆炸时外板发生冲塞破坏是由于外板上速度梯度过大造成的.图12 外板上选取的节点Fig.12 The nodes in forward plate by selecting图13 外板上节点速度分布Fig.13 Velocity distribution of nodes in forward plate图14为气泡内部压力随时间变化的曲线图，其压力随着气泡的膨胀不断减小.结合下面的图15可以看出，在外板破坏不久后(0.4 ms左右)，气泡内压力已经与第1层空舱内的压力逐渐平衡.据此可以认为，外板破口的持续扩大(见图10)应为爆炸冲击波引起的外板初始动能所引起.图14 气泡压力变化Fig.14 Variation of pressure in air bubble5.3 第1层空舱的防护作用图15为外板后第1层空舱内欧拉域中间部分在0.1、0.2、0.3 和0.4 ms时的压力分布图，而图16为空舱内最大压力值的变化图，结合图15和图16可以分析第1层空舱对爆炸冲击波的阻隔作用.如图16所示，第1层空舱的响应过程可以分为4个阶段:第1个阶段未破裂阶段(0～0.15 ms)，外板尚未破坏.由于钢板的波阻抗要远大于空气的波阻抗，所以传入空舱中的冲击波很小，其幅值约为数个大气压(阶段 A).第 2阶段为破裂阶段(0.15～0.25 ms)，外板破裂后，爆炸产生的高压空气涌入空舱，空舱内压力迅速增加(阶段B)，达到数十个大气压.第3个阶段为反射阶段(0.25～0.35 ms)，由外部涌入的高压空气形成的压力波在第1层空舱和各舱壁上反射，形成数倍于入射波幅值的反射压力波(压力值达到107Pa量级)(阶段C).第4个阶段为稳定阶段(0.35 ms以后)(阶段D)，反射压力波消散后，由于空舱与水下爆炸产生的气泡相连通，整个舱室保持一种高压的稳定状态，压力持续作用在各舱壁结构上，使其产生变形与破坏(如图9中顶板的向上隆起).综合本节的分析，第1层空舱的防护作用体现在3个方面:1)在外板未破坏之间，利用空气介质波阻抗远小于外板波阻抗的特性，阻隔冲击波的传播;2)外板破坏之后，利用空舱的空间，消散从外板破口涌入的高压空气;3)高压空气作用到空舱壁后，空舱壁通过变形和破坏吸收高压空气的膨胀能(气泡膨胀能).图15 第1层空舱中压力分布Fig.15 Pressure distribution in the first cabin图16 第1层空舱中最大压力变化Fig.16 Variation of maximal pressure in the first cabin5.4 液舱的防护机理图17 给出了 0.1、0.2、0.3 和 0.4 ms时液舱中压力的分布图，其中0.1和0.2 ms时的压力分布较为平均，而0.3和0.4 ms时的压力则较为集中.图18为液舱中最大压力随时间的变化曲线，非常明显的可以分为3个阶段:第1个阶段为从第1层空舱传入的冲击波阶段(阶段A)，与第1层空舱相比，其压力略小.第2阶段为破片的阶段(阶段B)，破片以极高的速度侵彻液体，在液舱中迅速形成冲击波，其强度达到108量级，破片的冲击动能大部分转化成水中的冲击波能，并作用于液舱壁上.第3个阶段为稳定阶段(阶段C)，由于液舱前板破裂，液舱与第1层空舱相连通，液舱内压力逐渐下降至第1层空舱的强度.由此过程可以看出，液舱后板所受载荷主要是破片冲击水体引起，在防雷舱的设计过程中应重点考虑.图17 液舱中压力分布Fig.17 Pressure distribution in liquid cabin图18 液舱中最大压力变化Fig.18 Variation of maximal pressure in liquid cabin5.5 小结综合分析防雷舱各部分对于水下接触爆炸荷载的响应与防护作用，爆炸荷载的作用机理和与防雷舱结构的防护机理可总结如下:5.5.1 爆炸载荷的作用机理水下爆炸的载荷分为冲击波和气泡膨胀两部分.以文中的数值仿真为例，强度量级达到108Pa的冲击波荷载会首先作用到防雷舱结构的外板上.由于钢材的波阻抗要远大于空气的波阻抗，透过外板进入第1层空舱中的冲击波荷载很小，压力强度量级为105Pa.这一部分冲击波荷载会继续作用到液舱中，在液舱中产生相同量级的冲击波载荷.外板在反射冲击波的过程中会获得很大的初始动能并开始变形，变形达到一定程度时，外板会在速度梯度最大处开始破裂，进而形成高速度运动的破片(速度接近1 000 m/s)，高速破片侵彻入液舱中会形成二次冲击波，其强度量级可达到108Pa.气泡膨胀荷载对防雷舱结构的作用主要表现在外板破裂以后，由于冲击波过后的第1层空舱中的压力要远小于水中爆炸产生的气泡压力，气泡中的气体迅速从破口涌入第1层空舱，使得空舱内压力逐渐与气泡中压力相平衡，其压力强度的量级也上升至107Pa.气泡膨胀荷载即以高压空气的形式直接作用到第1层空舱的各舱壁面上，引起顶板、底板和横隔板等结构的变形与破坏.5.5.2 防雷舱结构的防护机理虽然水下爆炸的载荷只分为冲击波和气泡膨胀两部分，但防雷舱结构在防护过程中需要考虑外板破坏形成的高速破片对液舱结构的破坏作用，所以其防护机理应分为以下3点:1)冲击波的防护:防雷舱主要依靠外板的反射作用对冲击波进行防护，其强度应满足冲击波反射时间的需要，即在冲击波反射的过程中不破裂，保证大部分冲击波的完全反射.2)破片的防护:防雷舱结构中的液舱是防护破片的主要载体，受液舱中液体的粘滞阻碍作用，高速破片的动能小部分会因为磨擦转化成热能被液体吸收，大部分则在液体中转化成二次冲击波.二次冲击波主要依靠液舱的舱壁结构进行防护，液舱前板、后板等结构以大变形的形式吸收这部分能量，达到防护高速破片冲击的目的.3)气泡膨胀的防护:外板破裂后，高压空气涌入第1层空舱，气泡膨胀荷载直接作用到内部的舱壁结构上，高强度持续作用的压力使得顶板和隔板等结构产生变形与破坏.通过在外板与液舱前板之间增设带孔的实肋板和甲板，可以减小气泡膨胀荷载的破坏范围，提高防雷舱结构对气泡膨胀荷载的防护能力.6 结论1)利用大型流固耦合软件MSC.Dytran，实现了多材料、多欧拉域和多耦合面的典型防雷舱结构的水下接触爆炸仿真模拟.与试验结果对比分析，验证该方法的正确性.2)综合分析防雷舱结构对水下接触爆炸的响应过程，得到了水下爆炸荷载的作用机理和防雷舱结构的防护机理.参考文献:【相关文献】［1］RAJENDRAN R，NARASIMHAN K.Damage prediction of clamped circular plates subjected to contact underwater explosion ［J］.International Journal of Impact Engineering，2001(25):373-386.［2］RAMAJEYATHILAGAM K，VENDHAN C P.Deformation and rupture of thin rectangular plates subjected to underwater shock ［J］.International Journal of Impact Engineering，2004(30):699-719.［3］RAJENDRAN R，NARASIMHAN K.Deformation and facture behaviour of plate specimens subjected to underwater explosion——a review［J］.International Journal of Impact Engineering，2006(32):1945-1963.［4］MALONE P E.Surface ship shock modeling and simulation:extended investigation.ADA386401 ［R］.［s.l.］:Naval Postgraduate School，2000.［5］LIANG Chochun，TAI Yuhshiou.Shock responses of a surface ship subjected to noncontact underwater explosions［J］.Ocean 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［4］
在 NBC 污染环境下至少运行 36 h 的防护能力［4］。统计结果表明，现代舰船执行任务的时间一般超
对 NBC 污染环境，水面舰船必须设置集防系统，用以保障水面舰船集防区的环境安全。该集防区应具有密闭和正压的特点，集防区设定的正压值即为集防系统超压值。超压值过高，则舰船的空调系统配置需随之提高，同时也将影响舰员的舒适性；超压值过低，则将不能有效抵御外来 NBC 污染物的入侵。目前，国内外学者针对集防系统开展了广泛的研究工作。杨光等［5］通过对波浪动压值、重力、惯性力、静水压等因素导致的结构形变进行仿真，分析了舰体集防区对外通道的结构变形和气密门密封圈的接触压力分布情况，但并未得出具体的集防系统超压值，也未从空气动力学的角度分析集防系统超压值的设定原则。林芃等［6］指出我国舰船在有限防护区域的超压可达 250～ 400 Pa，波动范围为控制指标的 ±20% ，但并未进行详细的分析论证。在欧美相关的海军设计规范中，集防系统超压值一般设定为 300～ 500 Pa［7-9］，而国内尚未开展这方面的分析论证工作。因此，本文拟结合我国水面舰船的技术发展现状，通过理论和仿真的方法对全舰集防系统超压值进行分析论证，提出具体的超压设定值，用以为集防系统优化设计提供参考。
NBC）武器的发展愈演愈烈，已有 30 多个国家宣
［1］
目前，核生化（Nuclear， Biological and Chemical，
称拥有化学武器。未来， NBC 武器有可能在战弹头的污染面积可达 2.288×10 m
9
争和恐怖袭击中投入使用，并导致难以预估的严重后果。例如，一枚携带肉毒杆菌的飞毛腿导弹
2
全舰集防系统超压值的仿真分析
在海上航行过程中，水面舰船各处的风压将
有所差别，迎风区域的风压较大，背风局部区域则可能出现负压。如果全舰都按照统一的标准设置超压值，必然会导致空气处理设备的负荷过重。因此，有必要针对全舰各个区域风压进行仿真分析，并考虑局部区域气流的叠加作用。
2.1
集防区的物理模型
37
2.2
集防区的数学模型
仿真模型的连续性方程为
小，故仅保留大型的露天武器设备。
¶ρ ¶（ ρu） ¶（ ρv） + + =0 δt δx δy
（2）
反映全舰的压力分布情况，故将舰体简化为二维模型。温度和密度变化不大，故忽略热压作用的影响。动的相对风速。所示。
overpressure value of the collective protection system of an entire ship is calculated by theoretical analysis， a simplified physical model and mathematical model of a foreign frigate are created，and an analysis of the of the entire ship under different wind directions and speeds.［Results］ The simulation results show that reaches the maximum ，then decreasing dramatically until it presents negative pressure after the stern. It ［Conclusions］ The simulation results of the overpressure value of a surface ship can provide data to support the design of collective protection systems；combined with the pressure distribution of a surface ship， it can also provide useful references for the design of collective protection systems. Key words： surface ship； collective protection system ； overpressure value； simulation analysis the pressure distribution of an entire ship is extremely non-uniform ，increasing from bow to mast until it can be concluded that the overpressure value of a surface ship is influenced by wind direction and speed，
第 13 卷第 2 期第2018 2期年4月
中国舰船研究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.13 No.2 Apr. 2018
引用格式：陈红超，宋靠华，包剑，等 . 水面舰船集防系统的超压值仿真分析［J］ . 中国舰船研究， 2018， 13 （2）： 35-40. CHEN H C ，SONG K H ，BAO J， et al. Simulation analysis of overpressure value for collective protection system of surface ship ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2018， 13 （2）： 35-40.
基金项目：国家部委基金资助项目；上海市青年科技启明星基金资助项目（17QB1404800）
网络出版时间： 2018-4-11 9:00
36
中
国
舰
ห้องสมุดไป่ตู้
船
研
究
第 13 卷
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引
言
证绝对气密，污染物就无法入侵舰船内部。然而，在实际应用中不可能实现绝对的气密，因为舰船外壁总会存在一些微小的泄漏点。当舰船在恶劣海况下航行时，流动的空气将在舰体表面形成正压，这样 NBC 污染物有可能通过舰船外壁泄漏点进入舰船内部，从而造成污染。因此，在集防区内压值）才能有效阻止潜在的渗透威胁。水面舰船外壁的表面风压是由外界空气相对于舰船外表面的相对流速所致，其中海面风向与舰船航行方向相反时的相对流速最大。根据相关资料可知，当海上相对风速超过 6.7 m/s 时，污染物将被迅速冲淡从而威胁性明显降低［10-11］。目前，国内外普遍认为在 4 级海况（平均风速为而处于污染区内的舰船可迎风前进以迅速驶离。力为 8.00~17.1 m/s）以下才能形成有效的 NBC 污染区，水面舰船受到 NBC 战剂威胁的表面空气压设置超压环境（必须大于舰体外部表面的空气风
以国外某护卫舰为研究对象，开展全舰集防
系统的压力仿真分析。该舰长 124 m ，宽 14 m ，如图 1 所示。
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全舰集防系统超压值的理论分析
水面舰船集防系统的作用是避免空气中的
图1 Fig.1 国外某护卫舰 A foreign frigate
NBC 污染物进入集防区，理论上只要舰船外壁保
文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2018.02.005
Simulation analysis of overpressure value for collective protection system of surface ship
Shanghai Division， China Ship Development and Design Center， Shanghai 201108， China Abstract：［Objectives］ The collective protection system is an essential part of surface ship defense. In order to solve the overpressure value of the collective protection system of surface ships，［Methods］ the overpressure value of the collective protection system is carried out by simulating the pressure distribution CHEN Hongchao， SONG Kaohua， BAO Jian， LUO Wenjun
水面舰船集防系统的超压值仿真分析
陈红超，宋靠华，包剑，罗雯军
中国舰船研究设计中心，上海 201108
摘要：［目的］集体防护系统是水面舰船防护的重要组成部分。为解决水面舰船集防系统的超压值设定问题，
［方法］通过理论分析集防系统的超压值，并建立国外某护卫舰的简化物理模型和数学模型，模拟不同风向和风速下全舰的压力分布，开展集防系统的超压值仿真分析。［结果］仿真结果表明，从舰艏到舰艉的压力分布极不均匀，其中桅杆处的正压力最高，之后迅速降低至负压，且逐渐增加的负压一直延续到舰艉；全舰超压值的设定受风向和航速的影响，应根据压力分布对超压值进行分段设置。［结论］研究成果可为我国水面舰船集防系统的超压值设置和优化设计提供数据参考。关键词：水面舰船；集防系统；超压值；仿真分析中图分类号： U674.7+03.7