船舶基座轻量化设计方法研究

摘要: 以船体基座轻量化为目标,分别从结构设计和材料设计的角度对基座进行轻量化设计。从结构设计出发,采用依赖于经验的分块化设计方法和结合有限元-优化算法的拓扑优化与参数优化设计方法减小结构的体积;从材料设计出发,通过应用碳纤维T700 新型复合材料代替原有的钢制结构来减轻结构的密度。研究表明,由于不同方法的减重原理不同,优化后的减重效果和力学性能均存在差异,拓扑设计减重效果最好,减重率达62.8%,参数设计的应力和位移优化效果最好,最大应力和位移的增大率仅为5.8% 和22.1%。在实际应用中要根据不同情况选择合适的轻量化设计方法,研究结果可为船舶轻量化设计提供一定参考。

仿生水下机器人发展现状及关键技术分析

摘要: 与传统的轴向螺旋桨水下航行器相比,仿生水下机器人具有更安静的驱动、更高的推进效率和更强的机动能力,仿生水下机器人正逐渐成为水下探测和作业的重要工具。仿生水下机器人依据其模仿对象不同,可分为仿鱼型、仿多足爬行动物型以及仿软体动物等类别,本文旨在综述仿生水下机器人的研究进展包括一些新型仿生水下机器人及其推进方式和未来发展趋势。已有研究表明,仿生水下机器人通过模拟水生生物的游动方式、感知机制和行为特性,展现出较传统水下设备更高的机动性、适应性和智能水平,具有重要的科研价值和巨大的实际应用潜力。

深海拖曳式自主水下航行器发展现状与关键技术

摘要:相较于内置传感器的一般自主水下航行器(AUV),拖曳式AUV具有测量设备空间限制小、有效载荷更换方便、自干扰小等优势,在中小尺度、快变过程的深海观测发挥了重要作用。通过梳理拖曳式AUV在国内外的发展现状,根据拖曳作业特点分析拖曳式AUV总体设计、耦合动力学分析、自主控制和智能决策规划等关键技术问题,指出专业化的拖曳载体、专用化的拖曳负载和网络化的作业场景是拖曳式AUV设计和应用的发展方向,为拖曳式AUV在水下精细探测的应用提供参考。

超临界二氧化碳发电系统在未来舰船动力领域的应用前景与关键技术分析

摘要:超临界二氧化碳(S-CO2)发电系统以S-CO2 作为工质,基于真实气体的闭式布雷顿循环,通过直接或间接方式将热源释热转换为电能,具有功率密度高、循环效率高等优势,可以较好地满足未来舰船动力发展的需求。通过介绍S-CO2 发电系统的技术特点及其近60 年的发展历程,提出面向舰船总体设计和动力系统应用的 7 种关键技术,涵盖总体设计、协调匹配、运行控制、电磁兼容、减振降噪、工质控制、安全可靠等方面,并基于系统工程方法论,梳理并提出舰船S-CO2 发电系统设计的总体思路。

基于吸隔声超材料的舰船声隐身技术研究进展

摘要: 随着水下探测技术的多元化发展,探测精度与分辨率持续提升,以消声瓦为代表的传统声隐身技术面临低频声波吸收性能不足的问题。而声学超材料凭借其独特的“小尺寸调控大波长”物理特性,在船舶振动噪声控制领域展现出巨大的应用潜力,为此,系统梳理船舶声隐身技术的主要技术路径及其技术瓶颈,重点从作用机制和工程应用两个维度深入探讨声子晶体、薄膜型超材料和亥姆霍兹型超材料在空气介质中的声学调控特性。随后,基于现有研究成果进一步探讨基于超材料的水下声学覆盖层的应用,展望其未来的发展趋势。

船用喷涂绝缘材料的性能研究与应用

摘要:针对传统船舶绝缘材料敷设存在的工序复杂、施工效率低、材料损耗多和保温性能差等问题,提出一种新型船用喷涂绝缘材料。简述该绝缘材料的组成和施工原理,重点从防火、保温、隔声、附着力、固化周期和安全性等方面进行分析。研究表明,相比传统绝缘材料,喷涂绝缘材料具有优异的耐火、保温和隔声性能,以及更高的性价比和施工效率,能有效节约船厂劳动力,实现减负增效。

薄板平面分段建造过程中的变形和残余应力测量分析

摘要: 为降低薄板平面分段建造过程中产生的残余应力和面外变形对分段的力学性能和建造精度的影响,对其进行测量和演化分析。以长度为16. 4 m、宽度为14. 8 m 的典型薄板平面分段为研究对象,基于超声波应力测量和激光扫描变形测量等方法,对实施高强钢薄板机械矫平、等离子切割、角钢激光焊接、T 梁装配-焊接、绑扎碗焊接和焊后火工矫正等建造工艺过程中产生的残余应力和面外变形进行测量和分析。研究表明: 高能束等离子切割对板材变形的影响较小,但会显著影响板材的残余应力状态; 采用激光复合焊接方式的平面分段底板拼焊和角钢平角焊对平面分段的变形和残余应力的影响都可忽略; T 梁装配和焊接会显著影响平面分段底板的平整度和残余应力状态,是平面分段精度建造的重要环节; 绑扎碗切割及焊接对平面分段的建造精度影响较小,可协调与其他环节同步实施,提升建造效率; 焊后背烧的火工矫正可有效提升平面分段底板的平整度,改善残余应力状态,其实施工艺较为依赖经验,强度大,周期长。研究成果可供薄板平面分段的高效及精确建造参考。

自主船舶装备研发与应用思考

摘要:自主船舶是目前船舶工业发展的重要方向,自主船舶的健康发展需要完善的装备体系支撑。该文基于国际海事组织的《海上自主水面船舶规则》框架,以构建面向远程遥控模式的自主船舶装备体系为目标,分析自主船舶装备的技术需求,研究构建自主船舶装备的总体架构、配套设备体系,以及自主水平的设计与评估流程,提出船载自主功能系统与数智化设备的研发重点和发展建议,为自主船舶装备的商业化应用提供系统化理论框架和实践路径参考。

大洋钻探船技术发展现状及趋势

摘要:目前,国际大洋科学钻探共经历了4 个主要阶段:深海钻探计划、国际大洋钻探计划、综合大洋钻探计划、国际大洋发现计划,各阶段均取得了重要科学成果。其中,我国先后主导了3 个计划(4 个航次)的大洋科学钻探,并在南海取得了一系列科学成果。国际大洋科学钻探的发展阶段与大洋钻探船的发展息息相关,该文按照时间顺序介绍了国内外大洋钻探船的发展历程,重点介绍了我国首艘大洋钻探船“梦想”号的技术特点,并结合大洋科学钻探发展历程与大洋钻探船更新迭代规律,分析了大洋科学钻探技术发展趋势,为相关领域的科学研究提供了参考。

船舶核动力技术发展和展望

摘要:随着海事业脱碳化进程的不断发展,特别是国际海事组织海洋环境保护委员会第80次会议提出在2050年实现净零排放的目标后,液氨、液氢、绿色甲醇、液化天然气等低碳/零碳燃料成为业界热点,相关规模化应用持续加速,核能作为清洁能源之一也引起广泛关注。随着第四代小型模块化反应堆(small modular reactor,SMR)技术的发展,其在提升反应堆本质安全属性的同时,也降低了辐射泄漏的风险,使核动力成为大型商船推进方式的可行方案。该文从海事业脱碳需求出发,概述了目前船舶核动力推进方式,重点关注第四代SMR 的最新技术发展,分析其作为船用小堆的发展潜力,并提出船用小堆上船应用需关注的关键因素。此外,该文还重点分析了熔盐反应堆(特别是钍基固态熔盐反应堆)在民用船舶领域独特的应用优势,并对SMR 在苏伊士型油轮、超大型集装箱船和浮动供电平台上的应用进行分析和展望,以期为船舶核动力的后续工程化应用提供理论支撑和参考。