切削形状冰下螺旋桨诱导轴承力的数值计算

针对冰桨非接触工况下的螺旋桨水动力性能,本文采用重叠网格方法建立了粘性流场中冰桨相互作用下螺旋桨轴承力的数值模拟的模型。计算中流域采用切割体网格,螺旋桨旋转计算域与冰表面计算域之间采用重叠网格进行数据传递,同时对冰桨间隙处进行网格局部加密来保证流场细节捕捉。计算结果表明:与模型试验结果比对,水动力性能误差控制在5%以内,验证了本文计算方法的可行性;桨前切削形状冰的存在会对伴流场产生很大的干扰,螺旋桨轴承力会出现"三阶段"下降的趋势。     

冰临近过程中螺旋桨的水动力性能计算分析

为了研究非接触工况下的冰桨干扰水动力载荷,以粘性流体力学为基础,运用重叠网格技术,开展了冰桨干扰的定常计算方法的研究。首先,通过与实验结果的对比,验证了方法可行性;其次,基于重叠网格技术,研究了干扰冰运动到不同空间位置时,螺旋桨水动力性能的变化趋势和规律;计算时,各计算域均采用切割体非结构化网格,各域之间通过重叠网格的嵌套进行数据的传递。为了更好地捕捉桨前流场的细节,在冰桨间隙处进行了多层网格的局部加密,同时结合SSTk-ω湍流模型进行冰桨近场水动力计算。总结出冰对螺旋桨的影响是由冰在桨前产生的干扰伴流区域位于桨盘面以内的面积以及与桨的相对位置共同决定的。计算结果具有一定的可靠性,可为冰区螺旋桨的设计与性能计算提供参考。     

螺旋桨在冰桨铣削下的强度计算分析

冰区航行时,相比于水动力,螺旋桨冰铣削工况下的冰载荷对螺旋桨的危害更大,故冰区航行对螺旋桨的强度要求较高。本文以显示算法理论为基础,利用ANSYS/LS-DYNA为工具,在模拟球形冰和刚体的碰撞与相关实验对比验证选用的计算方法的正确性后,冰桨铣削工况下的螺旋桨载荷响应进行了模拟研究,计算监视了冰桨铣削过程中桨叶的等效应力、位移响应以及冰的破坏过程并得到分析计算结果。计算结果表明:冰桨铣削过程螺旋桨受到的等效应力主要集中在叶梢及导边区域,应力值在冰桨接触后迅速达到峰值;在铣削过程中叶梢受到的的弯曲变形最为严重,在冰区桨设计环节应着重关注叶梢部分。     

自由状态冰对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究自由状态冰条件下的冰桨非接触干扰,本文采用重叠网格与流体-固体相互作用方法分别对冰桨非接触模型中冰块位移以及螺旋桨水动力性能进行了模拟,与实验结果的对比证明了该方法的可行性.研究发现:自由状态冰后面存在"加速区"与"阻塞区",随着冰块的靠近,阻塞区对螺旋桨的影响增大;随进速系数的增加,螺旋桨的推力系数和扭矩系数...     

冰桨接触的近场动力学模型

在冰桨接触过程中,螺旋桨可能承受极端冰载荷的作用,对螺旋桨结构强度以及船舶的安全运行产生严重危害。为了研究冰桨接触过程中载荷的变化情况,本文基于近场动力学方法以及连续接触检测理论,建立了冰桨接触数值预报方法。为反映冰桨接触过程中真实的物理过程,针对冰桨接触问题的特殊性,本文基于接触检测理论建立冰桨接触区域识别算法。采用FORTRAN语言编制了冰桨接触数值预报程序,并以某冰区桨为例,开展冰桨铣削工况下数值预报。计算结果表明:本文建立的方法能够真实地模拟冰桨接触过程,并能获得该过程中冰载荷的动态破碎变化过程。     

桨前自由状态冰的受力和运动轨迹

为了模拟冰桨相互作用下的冰桨碰撞情况,本文构建了一种冰桨干扰模型。通过利用重叠网格技术结合DFBI运动模型,计算无约束状态下冰桨的相互干扰情况,分析了水下冰在螺旋桨抽吸作用下的受力大小,并得出了冰块的运动轨迹。在计算过程中,通过控制桨的转速和冰的相对位置来达到多工况下的求解。根据结果分析得出:由于螺旋桨的抽吸作用,冰块在各个方向上的受力改变量峰值均出现在桨盘面处;同时冰在相同前进速度下,进速系数越大,冰桨发生碰撞的概率越高。本文结论可为冰区螺旋桨设计及校核提供一定参考。     

桨前自由状态冰的受力和运动轨迹

为了更加真实地模拟冰的运动,本文构建了一种冰桨干扰模型,利用重叠网格技术结合DFBI运动模型,计算了无约束状态下冰桨的相互干扰情况,分析了水下冰在螺旋桨抽吸作用下的受力大小,在此基础上得出了冰块的运动轨迹。计算时,通过控制桨的转速和冰的相对位置来达到多工况下的求解。根据计算结果分析得出:由于螺旋桨的抽吸作用,冰块在各个方向上的受力改变量峰值均出现在桨盘面处;同时冰在相同前进速度下,进速系数越大,冰桨发生碰撞的概率越高。     

桨前自由状态冰的受力和运动轨迹

为了更加真实地模拟冰的运动,本文构建了一种冰桨干扰模型,利用重叠网格技术结合DFBI运动模型,计算了无约束状态下冰桨的相互干扰情况,分析了水下冰在螺旋桨抽吸作用下的受力大小,在此基础上得出了冰块的运动轨迹。计算时,通过控制桨的转速和冰的相对位置来达到多工况下的求解。根据计算结果分析得出:由于螺旋桨的抽吸作用,冰块在各个方向上的受力改变量峰值均出现在桨盘面处;同时冰在相同前进速度下,进速系数越大,冰桨发生碰撞的概率越高。     

桨前自由状态冰的受力和运动轨迹

为了更加真实地模拟冰的运动,本文构建了一种冰桨干扰模型,利用重叠网格技术结合DFBI运动模型,计算了无约束状态下冰桨的相互干扰情况,分析了水下冰在螺旋桨抽吸作用下的受力大小,在此基础上得出了冰块的运动轨迹。计算时,通过控制桨的转速和冰的相对位置来达到多工况下的求解。根据计算结果分析得出:由于螺旋桨的抽吸作用,冰块在各个方向上的受力改变量峰值均出现在桨盘面处;同时冰在相同前进速度下,进速系数越大,冰桨发生碰撞的概率越高。     

考虑非设计工况的螺旋桨优化设计方法

为提高螺旋桨的性能,研究了考虑非设计工况时螺旋桨效率的优化设计方法。以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力、扭矩和空泡性能为约束条件建立优化数学模型。通过对不同工况的效率值设置权重并进行加权求和的方法,将多目标优化模型转变为单目标优化模型,利用面元法求解螺旋桨的水动力性能,应用柏利尔商船限界线表达空泡性能,基于简单遗传算法对模型进行求解,得到了优化后的螺旋桨螺距比的径向分布,将考虑非设计工况与考虑设计工况下的优化结果进行了对比。对比结果表明,由于船舶航行时航速的变化,仅考虑设计工况下进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围多个工况点对应的效率。     

国内首次冰区船用螺旋桨试验研究顺利完成

正中国船舶重工集团公司第七○二研究所在空泡水筒试验室顺利完成了冰环境对螺旋桨水动力性能影响的试验研究。此类试验尚属国内首次开展,既拓展了中船重工七○二所的试验技术,也促进了冰区船舶研究。作为冰区船舶研究的先行者,中船重工七○二所率先开展了冰环境对船用螺旋桨水动力性能影响的试验研究。研究人员在空泡水筒中搭建了冰阻塞模拟     

螺旋桨-冰切削过程中接触载荷试验

冰对螺旋桨的碰撞是一个非常复杂的过程,经常导致螺旋桨桨叶发生变形和损坏,影响了船舶的航行安全。为了研究螺旋桨-冰的切削和碰撞,本文在空气中和水中分别开展了不同模型冰推送速度、切削深度、螺旋桨转速和进速系数下螺旋桨-冰的切削试验,测量了螺旋桨的推力和扭矩。试验结果表明:螺旋桨-冰在空气中切削时,切削深度越深,螺旋桨的推力越小,扭矩越大;模型冰推送速度越快,螺旋桨的推力和扭矩越大。螺旋桨-冰在水中切削时,切削深度越深,螺旋桨的推力和扭矩越大;模型冰推送速度的变化对螺旋桨推力和扭矩的影响很小;螺旋桨-冰之间的距离减小时,螺旋桨的推力和扭矩并不是恒定增加的。     

连续摆动吊舱推进器水动力性能数值模拟

为了探讨吊舱推进器瞬时回转工况中的水动力性能,本文使用RANS方法,采用了SST k-ω 湍流模型对吊舱推进器所受载荷进行研究.螺旋桨模型选用右旋四叶桨,计算域使用切割体网格生成器对网格进行划分.吊舱推进器的运动采用了滑移网格的方法实现连续摆动;探讨了不同进速系数下的螺旋桨载荷特性,并且比较了吊舱推进器在瞬时回转工况中...     

船后桨的布局对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究大型水面船舶船桨干扰作用对螺旋桨的水动力性能的影响,探讨船后螺旋桨的布置设计原则,以某大型四桨水面船舶为研究对象,基于RANS( Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法,建立了船桨整体计算模型,重点研究了螺旋桨的相对纵向和横向布置位置的变化对螺旋桨水动力性能的影响.数值计算结果表明:对于四桨船舶,船后螺旋桨的水动力性能对螺旋桨的纵向位置移动不是很敏感,而对螺旋桨横向位置移动则比较敏感,应当尽量避免使同侧两螺旋桨的盘面中心横向距离小于1倍螺旋桨直径.     

导管桨水动力特性的数值研究

为了研究导管桨的推力、转矩和效率等关键水动力参数与进速系数之间的关系,本文采用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。在建立导管桨的计算模型时,采用了全结构化网格技术,螺旋桨和导管之间的相对运动通过运动参考系(moving reference frame,MRF)方法实现。本文以JD7704+Ka4-55导管桨为例,分析其定常水动力性能,用试验结果对数值计算结果进行了初步验证,进而研究了不同导管长度和叶稍间距时导管桨的水动力特性,并探讨了斜流对导管桨推力、转矩和效率的影响。结果表明:导管桨在低进速下由导管所产生的推力会有较大提升,导管的存在能够显著减小斜流中螺旋桨推力和转矩的脉动。     

非空泡螺旋桨低频线谱噪声时域预报方法

针对非空泡螺旋桨的低频线谱噪声特点和数值处理方法,用基于速度势的面元法和噪声时域预报方法进行了研究.用面元法对非均匀流场中的螺旋桨非定常压力分布进行计算,将计算得到的压力时域信号输入到噪声积分方程中,可以得到螺旋桨诱导的噪声声压,该方法直接将噪声源分布在真实的螺旋桨表面而非螺旋桨的拱弧面,对噪声源和观测点的距离没有作任何近似,并可以考虑桨毂对噪声声压的影响.通过对计算结果的比较和分析,说明在非空泡条件下,桨叶厚度、桨毂负荷和桨毂厚度引起的噪声声压非常小,对螺旋桨低频线谱噪声总声级的贡献可以忽略不计,高阶叶频声压级比一阶声压级明显要低,一阶叶频声压级在桨轴方向上最大,在桨盘面方向最小.     

一体化推进器多特性平衡设计及试验验证

为分析一体化推进器的推进及空泡性能,基于多特性平衡设计思想,采用势流理论面元法建立了一体化推进器设计方法。对不同舵球直径时的桨舵推进系统水动力性能进行了仿真分析,确定了舵球直径对推进性能的影响规律。以舵阻力及压力系数最小为设计目标,采用速度场的迭代计算考虑桨舵之间的相互干扰,开展了舵不同展向剖面的扭曲设计。模型试验结果表明:建立的一体化推进器多特性平衡设计方法是有效的,桨舵一体化推进器可减小舵的阻力,增加螺旋桨的推力,提高桨舵推进系统效率,并显著改善舵的空泡性能。     

导管桨内部流场的数值计算

为研究导管螺旋桨的内流场特征,用面元法计算了导管桨中螺旋桨和导管的诱导速度.导管上采用余弦布置轴向面元、均匀布置周向面元;螺旋桨叶片上径向和弦向均采用余弦布置方法.由于导管和螺旋桨之间存在相互干扰,在研究中采用了迭代计算方法.当迭代计算结果收敛后,可以求出导管及螺旋桨表面的速度势和源汇强度,进而根据蒙瑞诺解析公式计算导管桨的内部流场.在研究导管桨内部流场的过程中,计算了导管桨的水动力性能.对桨前后不同位置导管桨的内部流场进行分析,并将其和敞水情况作了比较.计算结果表明,导管的存在使得螺旋桨的诱导流场变小,螺旋桨的存在使得导管的诱导流场变大.     

风载荷对导线爆破除冰响应特性的影响

为了研究风载荷对导线爆破除冰的响应特性,进行了输电线路爆破除冰试验,并建立了试验线路的有限元模型,通过有限元软件模拟获得了作用于覆冰导线的风载荷和爆炸冲击载荷,用ABAQUS对试验工况进行了模拟验证.进一步对重冰区覆冰导线在不同风速条件下爆破除冰动力响应进行了仿真分析,得到了输电线路在风载荷和爆炸冲击载荷共同作用下导线...     

对转桨水动力性能的数值模拟

为了研究对转桨的工作机理,采用CFD方法探讨了前桨和后桨之间的水动力干扰问题。计算过程中,利用komega SST模型分析了对转桨诱导的湍流流动。为了保证计算结果的精度和减少计算时间,计算域用全结构化网格进行划分。整体计算域被划分为大域、包含前桨的小域和包含后桨的小域3块。小域中用多重参考系坐标系方法模拟螺旋桨的旋转,采取交界面技术实现小域和大域之间的速度、湍流动能和耗散动能等数据传递。利用试验数据对数值计算结果进行了校核,在此基础上,分析了对转桨推力和转矩的脉动特性,并研究了前桨和后桨之间的水动力干扰问题,探讨了对转桨的节能机理。结果表明,旋向相反的前桨和后桨能够抑制流体的周向旋转速度,减小能量损失并达到节能效果。