拖曳线列阵声呐缆线振动特性及减振措施研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51909163
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Equipping the surface ships with towed linear array sonars has become an important underwater detecting approach for international anti-submarine warfare nowadays. Reducing the towed cable vibration to mitigate the flow-induced noise interference of sonar is a significant technical problem to be solved urgently. The existing researches concerning about the underwater slender structures’ vibration mainly focus on risers, whereas few attention is paid to the towed cable structures. The towed cable is the research object of this project, and its vibration characteristics in consideration of the surface ship’s wave-induced motions, structure design for passive vibration reduction and active vibration reduction control are investigated respectively, combined with numerical simulations and model experiments. The nonlinear dynamic numerical model of the towed cable under complicated towing cases is established, and the structural local and overall vibration characteristics are revealed with model experiments. The passive vibration reduction methods for towed cable are proposed, and the cable’s vibration amplitude under extreme cases is reduced at least 50% with structure optimal design. The optimal solution tool for the towed cable’s active vibration reduction is developed. Associated with the anti-submarine warfare requirements and the hydrological conditions of the working area, the optimal cable length and towing velocity that minimize the cable’s vibration can be obtained rapidly, making the cable’s vibration able to be suppressed actively according to the optimal solution. The research achievements of this project could effectively improve the detecting behaviors of towed linear array sonar, and the proposed idea of active vibration reduction control is compliant to the intelligent development trend for our army equipment.
由水面舰船搭载拖曳线列阵声呐执行探测任务已成为当今国内外反潜作战的重要手段。抑制拖缆振动以减弱声呐的流噪声干扰是目前亟待解决的关键技术问题。现有水下细长结构物振动问题研究大多聚焦于立管等结构,而对拖缆振动的关注度有限。本项目拟采用数值仿真与模型试验相结合的手段对舰船摇荡和非匀速拖航下拖缆振动特性、拖缆被动减振结构优化方案及拖缆主动减振控制方案三方面内容开展研究。建立复杂拖航工况下拖缆非线性动力学数值模型,并结合模型试验揭示拖缆局部和整体振动特性;掌握拖缆振动被动抑制方法,对拖缆结构进行优化设计,将极端工况下拖缆振动幅值减小至少50%;开发拖缆振动主动抑制优化求解工具,根据工作水域水文条件及反潜作战需要快速演算出使缆线振动较弱的最优缆长和拖航速度,实现拖缆主动减振控制。本项目研究成果可有效提升拖曳线列阵声呐探测性能,提出的主动减振控制概念顺应我军装备向智能化转型升级的发展趋势。

结项摘要

拖曳线列阵声呐常配备于驱逐舰和护卫舰上,主要应用于监测水下潜艇辐射噪声,进行远程监视、测向、测距和识别。拖曳线列阵声纳由水听器和缆线组成,在工作过程中,舰艇通过缆线以一定速度拖着水听器航行,可以对水下潜器进行实时监控。拖曳线列阵声呐在探测远距离信号或弱信号时,流噪声会影响探测效果,拖缆在工作过程中的流致振动是产生流噪声的主要来源之一,且在振动过程中拖缆在交变应力的反复作用下强度下降,会出现疲劳损伤并加速结构破坏。本项目对海洋拖缆结构振动及减振措施进行了较为系统的研究,旨在降低拖缆工作过程中的振动问题。.拖缆的涡激振动问题研究主要分为两个阶段,一是拖缆准静态特性研究,二是拖缆涡激振动研究。本项目首先采用数值模拟对拖缆的准静态平衡位形和固有频率进行了分析,拖缆平衡位形分为“上凸”形、“下凹”形和“直线”形,不同平衡位形会遭遇不同的流场,针对“直线形”拖缆,开展了在摇荡拖航和计及抑制装置工况下的拖缆涡激振动试验研究,得出了复杂拖航下拖缆涡激振动响应特性和抑制装置对拖缆涡激振动的影响机理,根据试验结果和流体力分解模型,提出了拖缆涡激振动数值预报模型,研究了不同拖曳参数和不同抑制装置布置下拖缆涡激振动特性,最后通过遗传算法,对拖缆长度、拖曳速度和抑制装置布置进行优化,以达到减小拖缆涡激振动的目的,实现了对拖缆涡激振动的被动和主动抑制。.本项目对复杂拖航工况下的海洋拖缆涡激振动特性和被动抑制、主动抑制手段进行了较为系统的理论、试验和数值研究,着眼于时变流场、动态边界及轴向参激等联合作用下大柔性海洋细长结构物多场耦合非线性动力学这一科学问题,研究内容涉及当下发展拖曳线列阵声呐亟待解决的关键技术难题,现实意义重大,对于掌握水下拖曳缆线振动机理及特性、被动抑制机制、主动抑制措施以及提升声呐探测精度及效率具有一定的指导意义。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Nonlinear riser-seabed interaction response among touchdown zone of a steel catenary riser in consideration of vortex-induced vibration
考虑涡激振动的钢悬链线立管接地区非线性立管-海底相互作用响应
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2021.108891
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yuan Yuchao;Zheng Mengtian;Xue Hongxiang;Tang Wenyong
  • 通讯作者:
    Tang Wenyong
A numerical investigation on quasi-static configuration and nonlinear dynamic response characteristics of marine towing cable
船用拖缆准静态结构及非线性动力响应特性数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2021.110007
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Guo Li;Yuan Yuchao;Tang Wenyong;Xue Hongxiang
  • 通讯作者:
    Xue Hongxiang
Nonlinear dynamic response analysis of marine risers under non-uniform combined unsteady flows
非均匀组合非定常流下海洋立管非线性动力响应分析
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107687
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yuan Yuchao;Xue Hongxiang;Tang Wenyong
  • 通讯作者:
    Tang Wenyong
Internal flow effect with non-uniform temperature environment on VIV of marine risers under external shear current
非均匀温度环境内流对外剪切流下海洋立管VIV的影响
  • DOI:
    10.1080/17445302.2022.2079217
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Ships and Offshore Structures
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Xinghui Li;Yuchao Yuan;Hongxiang Xue;Wenyong Tang
  • 通讯作者:
    Wenyong Tang
Steady-state characteristics prediction of marine towing cable with BPNN
基于BPNN的海洋拖缆稳态特性预测
  • DOI:
    10.1080/17445302.2022.2157138
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Ships and Offshore Structures
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Li Guo;Yuchao Yuan;Wenyong Tang;Hongxiang Xue
  • 通讯作者:
    Hongxiang Xue

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其他文献

考虑轴向张力时变效应的圆柱体涡激振动响应特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    唐文勇
计及附加质量系数变化效应的立管涡激振动时域响应研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁昱超;薛鸿祥;唐文勇
  • 通讯作者:
    唐文勇
振荡流下柔性立管涡激振动时域响应研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁昱超;薛鸿祥;唐文勇
  • 通讯作者:
    唐文勇
计及平台垂荡的立管涡激振动模拟与试验验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁昱超;薛鸿祥;唐文勇
  • 通讯作者:
    唐文勇

其他文献

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袁昱超的其他基金

海底动态直流电缆电-热-力多物理场耦合机理及状态监测技术研究
  • 批准号:
    52371283
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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