水面舰船集防系统的超压值仿真分析
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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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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
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。
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 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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。
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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。
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