舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响

为研究舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响,用面元法计算了螺旋桨-舵-舵球系统的推进性能。采用双曲面元以消除面元间隙,对舵球网格进行加密,螺旋桨弦向和展向采用余弦划分方式。用迭代计算考虑螺旋桨与舵及舵球之间的相互干扰,螺旋桨与舵之间的诱导速度在面元处进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。首先用该程序计算了桨舵系统水动力性能,计算结果与试验值吻合良好。然后对舵球几何参数进行了变尺度计算,结果表明,舵球直径与螺旋桨直径存在最佳匹配值,使得螺旋桨效率最大;舵球长度存在临界值,当舵球长度小于临界值时螺旋桨节能效果增加显著。     

混合式CRP推进器操舵工况空泡性能数值模拟

为了深入地了解混合式CRP推进器操舵工况的空泡性能,基于对标模E779A桨空泡性能的数值模拟,对该型推进器的空泡性能进行了数值模拟。发现混合式CRP推进器在操舵工况下前桨空泡基本不受后桨、吊舱影响,后桨空泡形态受前桨、吊舱和偏转角影响,空泡面积随周向角脉动变化。网格划分采用结构化重叠网格,提高了吊舱偏转后的网格质量和网格生成效率。本文的研究结果为混合式CRP推进器的设计提供了参考。     

HCRSP推进器操舵工况空泡性能数值模拟

为了解HCRSP推进器操舵工况的空泡性能,首先对E779A桨空泡性能进行了数值模拟,验证了算法的有效性,其次对混合式CRP推进器空泡性能进行了数值模拟。发现HCRSP推进器在操舵工况下前桨空泡基本不受后桨、吊舱影响,后桨空泡形态受前桨、吊舱和偏转角影响,空泡面积随周向角脉动变化。网格划分采用结构化重叠网格,提高了吊舱偏转后的网格质量和网格生成效率。本文的研究结果为HCRSP推进器的设计提供了参考。     

桨后舵片空化的面元法数值计算方法

舵空化不仅会对舵叶产生剥蚀作用,而且还会引起船体艉部振动和噪声增大,针对舵的空化问题,建立了桨后舵片空泡的面元法数值计算方法。通过面元法对螺旋桨的水动力性能计算得到了螺旋桨表面及尾流面的奇点强度,进而得到螺旋桨的尾流场,以此作为舵的来流输入条件,再通过基于速度势的面元法对舵上的片空泡进行计算,最终得到舵片泡的范围和厚度分布。通过该方法,研究了某型船的桨后舵在各航速各舵角的片空化形状,分析了各舵角时舵的空化起始航速,形成了舵空泡的快速计算方法,该方法可以在舰船设计阶段对舵的空泡性能进行评估,为舵的优化设计提供技术支撑。     

桨后舵片空泡的分离涡模型模拟及实船舵空泡试验

为深入了解水面高速舰船的舵空化性能,本文采用计算流体力学(CFD)法对考虑船体影响的桨后舵片空泡进行计算,并在国内首次开展了实船舵空泡观测试验。通过对比确定了舵片空泡计算的分离涡模型,研究了螺旋桨和舵空泡发生的先后顺序、舵下端部的空化现象和舵空化的范围,并结合CFD计算和实船试验对不同航速、舵角的舵空泡进行研究,结果表明:在中低海况中的设计航速下,为保持航向航行,水面舰船普通舵表面会先于螺旋桨发生较为严重的片空化现象,且舵面空化范围主要集中在展向0. 1L～0. 6L位置;舵下端部和防腐蚀电极处则先于舵面发生空化。因此,水面高速舰船的普通舵易发生严重空化,而该研究可为研制具有良好抗空化性能的新型舵提供借鉴和参考。     

混流式喷水推进器的性能试验与数值计算

为了综合检验SD-HGD266新型混流式喷水推进器的性能,进行了喷水推进器的台架性能试验、装船试航和数值计算.制作了实尺的喷水推进器样机进行台架性能试验,测量所得的3组数据集中性强.采用分块结构化网格离散数值模型计算域,选用SST湍流模型封闭雷诺平均的Navier-Stokes方程,采用SIMPLE算法对喷水推进器内流场进行数值模拟,计算得到的台架性能曲线与试验结果吻合较好.采用壁面积分法获取了装船喷水推进器的等转速推进特性曲线,通过与船阻力曲线叠加求交点进行航速预报,航速预报值与实船试航值最大偏差为2.68％.结果表明,该型喷水推进器达到了设计要求,数值计算可在喷水推进器的水力设计与性能分析中发挥重要作用,为喷水推进船最终达到预期航速奠定基础.     

水翼剖面多目标粒子群算法优化

船舶螺旋桨及舵均由水翼剖面组成,为了提高桨、舵的水动力性能,需要对水翼进行优化设计,以便得到水动力性能更好的桨及舵。提出一种基于线性权重处理的多目标优化算法,以降低阻升比和改善水翼表面压力分布为优化目标,将其应用到多目标水翼优化中。分别选取不同的攻角、不同翼型和不同的翼型表达函数进行优化设计。优化后得到的新翼型相对于原始翼型,具有低阻生比和较低的最小负压力系数,提高了翼型的升力效率和空泡性能。因此,验证了提出的多目标粒子群算法能够应用到多目标翼型优化设计的可行性。     

对转桨无空泡噪声性能预报及影响因素分析

为了研究对转桨的无空泡噪声特性,基于普通桨的噪声预报理论与声学理论建立了对转桨的无空泡噪声预报方法,将对转桨作为声源模型,在其检测点上进行不相干声源的处理的同时运用不相干声波的叠加方法,随后,从桨叶数、桨直径、前后桨间距、伴流场等四个方面因素出发,系统分析了各个因素对对转桨无空泡噪声性能的影响。结果表明:处于流场中的桨轴方向,计算总噪声值最大,在桨盘面方向由于两桨之间的扰动,载荷噪声仍是总体噪声的主要部分。不同因素对对转桨的无空泡噪声影响各有异同,为对转桨的优化设计提供了参考依据。     

船舶喷水推进器特殊工况性能研究

喷水推进船推进装置中的薄弱环节为喷水推进泵的空化而非主机的超负荷.为预防喷水推进器在空化状态工作,对喷水推进船转弯、加速及部分推进器工作时的性能进行了研究.借助计算流体力学方法数值模拟特殊工况喷水推进器的流场,从流体动力特性角度分析特殊工况易发生空化的原因.建立了某喷水推进船推进装置及船体阻力的数学模型,以空化限制线为...     

环流理论与泵理论相结合的导管桨设计优化

针对导管桨的设计和优化问题,提出了螺旋桨环流理论、泵升力法相结合的方法。在设计过程中,采用升力线理论变分法求解最佳环量、泵升力法设计桨叶剖面、面元法预报导管桨性能和流场,通过迭代的方式获得推进性能收敛的导管桨。应用该方法对某案例进行了导管桨设计,并采用CFD方法对设计结果进行了验证,结果表明：该方法设计的导管桨能够满足设计要求;与其他方法设计结果对比表明,采用该方法设计的导管桨推进性能和空泡性能更好。     

桨舵系统非定常水动力性能的整体求解法

为了研究桨舵系统的非定常水动力性能,采用整体法求解桨舵系统干扰问题.通过面元间影响系数变化来考虑二者间的干扰,桨舵水动力性能同时求解.改进了整体计算法,简化了影响系数变化的复杂规律,完善了理论计算方法.利用ITTC推荐的HSP桨对程序的可靠性进行了验证.讨论了螺旋桨尾涡对舵的影响,计算了均匀来流中桨舵系统的水动力性能,...     

混合式CRP空泡性能模型试验研究

为了探究混合式CRP(contra-rotating propeller)推进器水动力性能,促进混合式CRP的工程应用,研究中以4000TEU集装箱船为对象设计了混合式CRP,在空泡水筒中对此混合式CRP的空泡性能进行试验研究。研究结果表明:混合式CRP前后桨转速比变化时,后桨对前桨的抽吸效果有所改变,从而改变前桨的空泡性能;混合式CRP桨叶的空泡面积会随桨叶与支柱相对位置的改变而改变,在不同位置前桨最大的空泡变化面积为整个空化面积的十分之一,同时后桨的来流由于前桨的影响,空泡面积被阻隔成不连续的两部分;混合式CRP的前后桨尾流会相互影响,试验结果表明,尾涡运动较强的尾流会将尾涡运动较弱的尾流卷入,同时保持自己原有的运动轨迹下泄,而当两者尾涡运动强度相当时,尾流运动轨迹有较大程度的融合。     

楔形舵片失速特性的数值模拟和水洞试验

为获得楔形超空化舵片在大舵角情况下的失速特性并探究其失速机理,针对采用24°楔形舵片作为艉控制面的超空泡航行体在低速通气条件下的绕流问题,分别构建三维数值模型和水洞试验系统,同时采用数值模拟和水洞试验两种手段研究楔形舵片的升/阻力特性和低压面空化情况随舵角的变化关系.研究结果表明:提出的数值方法和试验方案是合理的;楔形舵片的阻力系数在0°~5°舵角变化的影响较小,升力系数在0°~8°和9°~12°舵角范围内均具有良好的线性度,但后者斜率远小于前者;楔形舵片在舵角超过8°时升力系数突然减小并发生失速现象,舵片低压面发生空化并被空泡覆盖;低压面因空化致使压力不能进一步降低是导致舵片发生失速的根本原因,对于24°楔形舵片的许用舵角范围不应超过8°.     

新型组合式推进系统

瑞典ROLLS—ROYCE公司最新开发出一套由艉球、桨毂导流帽和扭转式球舵组成的组合式推进系统。     

非接触工况下冰桨干扰水动力载荷试验

由于冰块临近和阻塞效应,将在螺旋桨上产生极端水动力载荷,进而导致螺旋桨诱导的空泡、噪声以及激振力等性能的恶化。冰桨干扰作用是一个极其复杂的过程,受到诸多因素的影响,为了探究非接触工况下的冰桨干扰水动力特性,在循环水槽中搭建冰桨干扰试验台,并设计一套专门用于切削型冰模型的生成和制作的方法。通过试验重复性分析及与其他学者结果的比较,验证建立的冰桨干扰试验台的可行性。以切削型冰模型为对象,研究了非接触工况下的螺旋桨水动力载荷随冰桨间距变化的规律,探讨了不同流速对冰模型诱导的空泡的影响。试验结果表明:所建立的冰桨干扰试验方法是可行的,能够较好地用于冰桨干扰水动力试验的分析中。     

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...     

主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响

为了获取主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响,采用RANS方法详细研究了前桨、后桨和吊舱之间的相互干扰作用,进一步详细分析了前后桨间距和转速比对其水动力性能的影响规律。结果表明,处于后方的吊舱推进器对前桨的干扰较小,而前桨尾流对吊舱推进器水动力性能产生较大的影响;混合式CRP推进器总的推力系数随间距的增大而减小,扭矩系数变化不大,敞水效率随间距的增大而减小;混合式CRP推进器总的推力系数和扭矩系数随转速比的增大而增大,但敞水效率随转速比的增大而减小;相同进速系数下,混合式CRP推进器的敞水性能与转速比呈线性关系。     

螺旋桨对船舶操纵运动水动力影响的数值研究

船-桨-舵相互作用是影响船舶操纵性能的重要因素之一。本文采用RANS方程求解方法并结合SST k-ω湍流模型，计及自由面兴波影响，螺旋桨用体积力法建模，数值模拟了带桨、舵的全附体集装箱船KCS船模的舵力试验、斜拖试验。为研究螺旋桨对操纵运动水动力的影响，分别对带螺旋桨和不带螺旋桨的船-舵系统进行计算，对比了船模水动力随漂角、舵角的变化情况。研究结果表明：带螺旋桨的船-舵系统的水动力和力矩对舵角的变化更加敏感；螺旋桨的运转主要增大了船艉部的横向力；在舵力试验和带舵角的斜拖试验中，螺旋桨对横向力、转艏力矩有显著的影响。     

桨后扭曲舵的理论设计及水动力性能计算

采用面元法计算了螺旋桨与舵之间相互干扰的水动力性能并在此基础上设计出扭曲舵,采用迭代处理计算了螺旋桨与桨后扭曲舵相互干扰的定常水动力性能.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度.分析比较了不同进数系数时,普通舵与扭曲舵的助推效率.对于两者在不同进数系数下的操舵力矩进行了比较,与普通舵相比扭曲舵并未使船舶的操舵力矩恶化.计算结果表明,该设计的扭曲舵与普通舵相比可以产生附加推力,能够吸收螺旋桨的尾流动能起到助推节能的作用,最大助推效率可以达到3%.     

轮泵复合式两栖驱动方法

将360°回旋喷管和二维矢量推进特性引入到喷水推进装置, 通过对现有两栖机器人的运动特性、两栖环境适应性的综合分析,将中空的驱动轮与轴流叶片进行复合,设计了一种轮泵复合式的两栖矢量喷水驱动装置. 根据动量定理与流道压力能损耗理论,求解了两栖喷水驱动装置的二维推力与电机转速的预估值. 基于能量守恒和粘滞阻力原理建立了驱动电机转矩的预估模型. 对两栖推进装置进行CFD仿真,得到了推进器内部流道的压力、速度等流动特性. 最后制作了轮泵复合式推进器,测试了推进器的推力性能,得到了特征尺寸为50 mm×100 mm×90 mm的推进器转速为2 800 r/min时推力大小为6.5 N,与仿真结果对比误差小于8%,验证了该构型在水下推进的有效性和二维矢量推力特性.