螺旋桨斜流效应横向力对船舶操纵影响探析

河船顺、逆流航行于急流滩河段时,常发生“打张”、“打抢”现象,形成紧迫危险局面。甚至发生水上交通事故,这些现象除与局部水流作用于船体局部而产生船体水动力转船力矩使船偏转外,也与螺旋桨斜流效应横向力有关,所以有必要了解此力产生的原理及其对船舶操纵性能的影响,以便正确操纵船舶,避免事故的发生。关键词：斜流;螺旋桨斜流;螺旋桨斜流效应横向力;打张;打抢     

斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法

为解决潜艇操纵性研究中螺旋桨水动力预报问题,本文应用Fluent软件对斜流条件下全附体潜艇模型艇后水动力进行计算。网格划分上将计算域分解为静止域与转动域2部分,2部分交界面采用滑移网格技术传递数据。选取适当的数值离散方法,分别计算0°攻角时不同进速下以及设计进速下不同攻角时艇后螺旋桨水动力的值,并通过与试验数据的对比验证算法的可靠性。计算结果表明,艇后螺旋桨推力和扭矩随着攻角的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

导管螺旋桨在斜流中的水动力性能试验

介绍上海船研所研制的斜流导管推力仪及在空化水洞中进行的斜流导管螺旋桨水动力性能试验，并对试验结果作了比较分析。     

螺旋桨斜流试验装置

对于高速艇而言，需要研究其螺旋桨在斜流工况下的水动力性能，为此，七０八所在现有水筒试验设备的基础上，研制一套螺旋桨斜流试验装置，即可进行该试验，对桨在不同斜流下的空泡特性及剥蚀程度作出定性评估。     

基于CFD的斜流对螺旋桨性能影响探究

对于拖船、拖网渔船及高速艇等船型,其螺旋桨处在斜流工作条件下。为研究斜流对螺旋桨水动力性能的影响,文章使用商用流体力学软件STAR-CCM+对不同斜流角下螺旋桨的水动力性能进行计算。计算结果表明,斜流会导致螺旋桨敞水性能下降并诱发横向力,对船舶航速、传动轴系及船舶操纵性产生不利影响。     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

螺旋桨非定常轴承力计算

采用扰动速度势面元法计算螺旋桨非定常轴承力,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了满足桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定。     

E779A螺旋桨斜流工况下的空泡数值模拟

基于开源CFD软件平台OpenFOAM,对E779A螺旋桨在斜流工况下的水动力特性及桨叶上的非定常空化进行模拟分析.分析螺旋桨在非定常空化流中的水动力性能,包括推力系数、桨叶表面压力分布及空泡形态.计算结果表明斜流会对螺旋桨水动力造成干扰,这一影响在来流与螺旋桨首尾线的夹角变大时会增强.对比有无空化发生时的压力分布,表...     

不均匀进流场下螺旋桨非定常力的数值模拟

本文基于STAR-CCM+对非均匀来流下的螺旋桨非定常力进行数值模拟,通过与试验值进行比较,分析了时间离散格式、单位时间步长螺旋桨旋转角度与网格密度对计算结果的影响。结果表明,在螺旋桨非定常力计算中,螺旋桨单位时间步长的旋转角度应为1.8°同时选取二阶时间离散格式,桨叶表面网格的边界增长率设定为medium就可以达到计算精度的要求。并在此基础上,对Suboff全附体潜艇模型下3个螺旋桨的非定常力进行数值模拟,分析桨叶个数以及桨叶侧斜对非定常力变化幅度的影响。     

自锚式悬索桥吊索索力测试与计算方法

从频率法测索力基本理论出发,归纳总结了边界条件、抗弯刚度以及温度等因素对频率法测试精度的影响。针对自锚式悬索桥短吊索的索力测试,提出了考虑短吊索抗弯刚度和边界条件的频率法实用计算公式。通过现场测试与分析证明,使用该实用计算公式能提高测试精度,可在类似工程索力测试中推广应用。     

考虑流固耦合影响的桩基波浪力简化计算方法

离岸深水全直桩码头,由于其桩基的自由高度大、柔度增加、自振周期长,且位于无掩护开敞海域,波浪与结构相互作用问题突出。如何考虑流固耦合作用对桩上波浪力的影响,并建立便于工程应用的计算方法,是工程实践提出的亟待解决的课题。文中利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,并采用有限元数值模型对考虑流固耦合影响的改进Morison波浪力计算公式进行了验证。采用改进Morison波浪力计算公式研究了流固耦合对桩身波浪力的影响,并给出了考虑流固耦合影响的波浪力放大系数图表。在此基础上,提出了考虑流固耦合影响的波浪力简化计算方法。     

Time-domain TEBEM method for mean drift force and moment of ships with forward speed under the oblique seas

A numerical method for solving 3D unsteady potential flow problem of ship advancing in waves is put forward. The flow field is divided into an inner and an outer domain by introducing an artificial matching surface. The inner domain is surrounded by ship wetted surface and matching surface as well as part of the free surface. The free surface condition for the inner domain is formulated by perturbation about the double-body flow or uniform incoming flow assumption. The outer domain is surrounded by matching surface and the rest free surface as well as infinite far-field radiation boundary. The free surface condition for the outer domain is formulated by perturbation about uniform incoming flow. The simple Green function and transient free surface Green function are used to form the boundary integral equation (BIE) for the inner and outer domains, respectively. Taylor Expansion Boundary Element Method (TEBEM) is utilized to solve the double-body flow and inner domain and outer domain unsteady flow BIE. Matching conditions for the inner domain flow and outer domain flow are enforced by the continuity of velocity potential and normal velocity on the matching surface. Direct pressure integration on ship wetted surface is used to obtain the first-order and second-order wave forces (moments). The numerical predictions on the displacement, added resistance, sway mean drift force and yaw mean drift moment of the modified KVLCC2 ship at different forward speeds are investigated by the proposed TEBEM method. It is also compared with the other numerical results. The physical tank experiment results are also developed to validate the accuracy of numerical tank results. Compared with the experiment solutions, a good agreement can be obtained by TEBEM method.

     

“作业三号”平台摇架下水受力计算分析

“作业三号”平台质量较大,而且与船舶相比,又短又宽,为了保证其安全下水,需要对摇架在下水过程中的受力进行分析和计算。本采用四种逐渐复杂的模型计算平台下水过程中摇架的受力和变形,并分析各种因素对摇架受力的影响。     

三角靠船钢管桩簇在斜向船舶撞击力作用下的受力分析

针对小型船舶的斜向靠泊问题,根据英国标准Maritime Structures-Part 4:Code of practice for design of fendering and mooring systems(BS 6349-4:1994)得到了该情况下船舶撞击能量的计算方法。以广州珠江某码头中三角靠船钢管桩簇为例,探讨该结构在不同角度斜向船舶撞击力作用下的桩身性状变化规律,结果表明:当船舶斜向靠泊时,沿切向的撞击力不可忽略;对于该工程实例中的钢桩簇而言,船舶撞击力合力、桩身最大应力以及桩顶最大位移随船舶撞击角度的变化均呈现出"先增后减"的趋势,计算得到该工程实例中斜向靠泊的最不利船舶撞击角度参考值约在20°~22°。建议在类似工程设计时应充分考虑到船舶斜向靠泊问题的重要性,保证结构的使用安全。     

中长周期波下防波堤导航灯基础波浪力计算方法

作为防波堤导航灯的基础,其所处位置一般为整个码头工程中波浪条件最为恶劣的区域,而导航灯基础又兼具防浪墙及独立墩柱的双重特性,因此其波浪力的计算较为复杂。基于实际工程项目,通过中外不同规范、手册对防波堤导航灯基础波浪力计算方法进行对比分析,并结合物模试验结果,提出在中长周期波作用下,为保证导航灯基础的稳定并留有一定富余,建议其波浪力采用Morison公式进行计算,同时需采用Martin公式对波浪力计算结果进行复核。分析成果可为类似项目及国内规范修订提供参考。     

船闸闸首横向荷载及不平衡剪力分配方法

为提高闸首底板分段法的计算精度及其适用范围,针对规范中横向荷载分配方法的不足,在深入分析边墩横向荷载扩散传递机理的基础上,提出并列铰接悬臂梁法;并首次进行横向整体平衡分析,给出横向不平衡剪力的分配方法。结合工程实例计算,证明横向荷载分配之后进行内力调整的必要性。提出的2结点并列悬臂梁法,能够考虑边墩高度的影响,并反映横向荷载、弯矩分配比例不同的特征。对于承受横向不对称荷载的闸首,还应进行横向不平衡剪力计算和分配。与有限元结果比较分析表明,经横向荷载分配、横向不平衡剪力分配、内力调整后,底板内力计算结果有较高的精度。     

螺旋桨设计的电子表格计算法

介绍船舶常用螺旋桨(MAU型、B型)最佳要素计算式及回归系数,运用Excel电子表格软件,编辑制作螺旋桨设计的应用程序.     

桩柱最大水平波浪力的一种新计算方法

从Morison方程出发,对其进行适当变形、推演,最终得到一种可直接计算近海平台支撑物所受最大水平波浪力的计算方法。通过实例计算,得出不同情况下最大水平波浪力。将该计算结果与经典计算法所得结果进行对比,在实际情况下,该算法与经典算法所得结果相近。在工程项目初始阶段,可使用该方法进行综合估算。     

喷水推进流道格栅的流体作用力分析和强度计算

某喷水推进船进水流道格栅多次发生断裂,并损坏了喷水推进泵。准确分析格栅所受到的流体作用力是探寻其损坏原因的基础。应用计算流体力学技术,对包括喷水推进泵、流道、格栅和船体在内的整个喷水推进系统内外流场进行数值模拟。在准确预报喷水推进器推力、功率特性的前提下,较准确地得到了格栅流体作用力。分析发现,栅条的侧向升力远大于迎流阻力,各栅条之间存在明显的相互作用力。运用计算所得的流体作用力对格栅进行了应力强度计算和形变位移分析,排除了格栅损坏的静强度致因的质疑。最后,为进一步探寻格栅损坏真正原因提出了建议。