半浸桨水动力性能预报方法研究

为了深入探讨半浸桨叶片反复出入水过程中的通气现象及力学特性,论文采用CFD技术模拟了半浸桨的水动力性能。半浸桨的扰动流场通过雷诺平均(RANS)方程计算,利用VOF方法捕捉自由液面,应用滑移网格技术模拟半浸桨的转动。针对841-B标准半浸桨模型,论文首先进行了网格数量的收敛性分析,并将计算结果和试验值比较,两者比较接近。在此基础上,论文进一步分析了不同进速系数下半浸桨的通气现象及桨叶表面的压力分布情况。研究结果表明,半浸桨会导致其尾流场的剧烈变化,导致其尾流场螺旋型翻转。半浸桨桨叶在出入水过程中的受力也呈周期性变化趋势。     

前置定子导管桨空化特性数值分析

本文采用SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型研究前置定子导管桨的空化特性。通过对比DTMB4381螺旋桨的空化数值计算结果与实验,验证数值计算的准确性和可靠性,分析前置定子导管桨不同空化数下空化特性。结果表明,空化数大于3时水动力性能基本不变。随着空化数的继续减小,前置定子导管桨的水动力性能明显下降。空化数为4时最先在叶顶间隙靠近尾缘端出现空化,这是叶顶泄漏涡导致的空化。空化数为3.5时在叶片吸力面出现空化,随着空化减小由转子叶顶尾缘向导边和叶根扩大。     

冰阻塞参数对螺旋桨水动力性能影响试验研究

针对冰水混合环境下冰阻塞逼近效应对螺旋桨水动力性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞条件下的螺旋桨模型水动力性能试验,测试了冰桨轴向、垂向间距等冰阻塞参数对不同运行工况的螺旋桨模型水动力性能影响。试验结果表明,冰阻塞物一方面改变流场特征直接影响螺旋桨模型推力和扭矩,另一方面改变桨叶的空泡特性进而影响水动力性能。在无空化状态,随着垂向和轴向阻塞逼近程度的加深,在冰阻塞环境螺旋桨模型推力系数相比于均流可产生40%和20%的增加;而在桨叶严重空泡的重载状态,螺旋桨水动力随冰桨间距的变化不明显,桨叶的空泡效应减缓了冰阻塞效应的影响程度。     

螺旋桨在规则波中推力和转矩变化的研究

本文叙述了敞水螺旋桨在规则波中有纵摇升沉运动情况下进行的模型试验,得到了在一定航速和不同波浪频率时螺旋桨推力和转矩随进速系数变化的性征曲线,给出了它们之间的关系式,可供初步估算。试验结果表明螺旋桨在波浪中的推力和转矩值均大于静水值。本文还利用三维 Green 函数法,以汇盘代替螺旋桨计算了桨在规则波中运动时的敞水水动力性能,并与模型试验比较,结果吻合良好。最后,计算了桨轴浸深对波浪中敞水桨推力和转矩的影响。     

高原高速艇半浸桨双速比齿轮箱应用分析

针对高原环境下高速艇半浸桨的双速比齿轮箱选型问题,通过最大航速工况下的小减速比的选取,确定满足最大航速需求的半浸桨方案,根据半浸桨全浸状态下的水动力特性开展不同大减速比下低速起滑性能的比较,优选出低速起滑性能更优的大减速比方案。实船试航结果表明,双速比齿轮箱的应用成功解决了高原高速艇低速起滑的难点,双速比齿轮箱的选型方法可取。     

半浸式螺旋桨研究综述

本文对半浸式螺旋桨的试验研究和理论研究进行了比较详细和全面的综述，半浸式螺旋桨的试验研究在早期进行得较多，一些试验方法已日趋成熟。理论方面利用常规桨较成熟的升力面，面元法预报半浸式螺旋桨的水动力性能，近几年得到了较大的发展。     

不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性.试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能.     

波浪状态下的螺旋桨水动力性能实验研究

为了分析波浪状态下的螺旋桨水动力性能,文章采用试验的方法对某型桨在某规则波条件下不同沉深时的水动力性能进行了系统的研究。主要研究了静水中不同沉深对螺旋桨推力系数、转矩系数以及效率的影响。对波浪中不同桨轴沉深下的螺旋桨定常与非定常特性也都进行了研究。对螺旋桨的吸气现象、飞车现象进行了详细讨论,同时对波浪中螺旋桨的非定常特性进行了分析。     

桨后贝克舵的水动力性能研究

本文基于面元法理论对桨后贝克舵的水动力性能进行了研究。首先结合空泡水筒试验的试验结果检验了面元法程序的计算精度及可靠性,并将面元法计算所得水动力系数绘制成敞水性能曲线,对两种桨舵系统的水动力性能进行比较分析得出贝克舵的节能效果。然后改变桨与贝克舵之间的距离考察其对节能效果的影响,并与实验结果对了对比,结果显示,桨舵间距越大,桨舵系统的效率也就越高。     

基于CFD的对转螺旋桨水动力性能分析

基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法,利用SolidWorks和Ansys分别进行螺旋桨建模和水动力计算。在3种不同的湍流模型下分别计算螺旋桨的敞水性能,结果表明SST k-ω模型与试验值贴合较好,为最佳湍流模型。通过对对转桨的桨距比和直径比的研究,得到两者的最优值,在该情况下对转桨的敞水效率最高,并通过尾流分析做了验证。为了比较对转桨与等效单桨的水动力性能,建立了等效单桨模型,在相同的功率系数下做比较,结果表明对转桨在效率提升方面具有明显优势。     

Prediction of the maneuverability of a large container ship with twin propellers and twin rudders

The maneuvering characteristics of a large container ship with twin propellers and twin rudders were investigated using the horizontal planar motion mechanism (HPMM) test and computer simulation. A mathematical model for maneuvering motion with four degrees of freedom (DOF) for twin-propeller and twin-rudder systems was developed and included the effects of roll motion. To obtain the roll-coupling hydrodynamic coefficients of a container ship, a four-DOF HPMM system having a roll motion mechanism and a roll moment measurement system was used. At the full load condition, HPMM tests were carried out for two different 12 000-TEU container ship models, one with twin propellers and the other with a single propeller. Using the hydrodynamic coefficients obtained from the tests, computer simulations were carried out. Simulation results for the container ship with twin propellers and twin rudders were compared with the results for the container ship with a single propeller and single rudder.     

基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究

开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能。文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通过与对应的刚性螺旋桨的比较计算分析,研究了在多工况下的复合材料螺旋桨水动力性能影响,探索了在来流变化过程中复合材料螺旋桨的振动性能。文中研究得出了一些有意义的结论,为复合材料螺旋桨设计及应用奠定了基础。     

导管螺旋桨定常性能预估的基于速度势的面元法

开发了一个导管螺旋桨定常水动力性能预报的数值计算方法,其中,螺旋桨和导管均采用定常面元法,通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响.该方法也可用于导管调距桨在不同转角时的定常性能预估.对JD7704和19a导管螺旋桨以及JD导管调距桨的计算结果表明,该方法计算精度是令人满意的.     

大型船可调桨推进装置机动工况分析不容忽视

论述主柴油机螺旋桨(FPP、CPP)推进特性的同时,结合螺旋桨推力系数(KP)、扭矩系数(Km)、随螺旋桨进程比,(λp)的变化情况,指出λp在大于某一定值后,螺旋桨将出现负推力和负转矩,这称为螺旋桨的水涡轮工况。此现象多发生在船舶机动作业的紧急换向工况中,对于CPP船若控制不慎,可能引发主机飞车或使船舶实际换向时间太长,两者都将延误船舶紧急避碰时机。现推荐一种"能耗法"的控制方法,可以有效地缩短船舶紧急换向实际时间,避免海难事故,保障航行安全。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

螺旋桨水动力性能CFD预报中预处理的程式化实现

以DTMB4383大侧斜桨为例,立足于桨叶真实叶尖几何,详细阐述了螺旋桨水动力性能CFD计算过程中的桨叶几何和单通道域几何建模及其六面体结构化网格划分的程式化实现过程。程式化生成网格的适用性由DTMB4119桨、NSRDC4381和4383桨的无空化和空化水动力性能预报给予了验证。生成网格时考虑了网格类型、拓扑结构、网格密度和节点空间分布规律对计算精度的影响,可生成性能优越的命令流样本,保证CFD预报的精度。通过对命令行的编译操作,可以实现螺旋桨六面体网格高质量划分的快速操作,缩短CFD计算的预处理时间,扩大其工程应用。     

Prediction of Hydrodynamic Performance of Marine Propellers by Surface Panel Method

The potential based low order surface panel method is used to predict the hydrodynamic performance of marine propellers. In present method the hyperboloidal quadrilateral panels are employed to avoid the gap between the panels. The influencecoefficients of panels are calculated by Morino's analytical formulations for increasing numerically calculating speed.The pres-sure Kutta condition is satisfied on the trailing edge of propeller blade by Newton-Raphson iterative procedure.Therefore the     

基于CFD法的对转螺旋桨敞水性能参数匹配研究

摘要：采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS)法对B型螺旋桨和对转螺旋桨周围的粘性流场进行数值处理,运用Pro/E和GAMBIT软件分别进行三维建模和网格划分,并采用ORIGIN和TECPLOT后处理软件对结果进行图像处理。分析研究湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响,对对转桨进行数值计算验证,同时对其敞水性能参数的匹配问题进行探讨,分析其尾流和速度场的变化情况。结果表明：SST 模型为较佳的湍流模型;对转桨在适当的桨距比和直径比的情况下,后桨可充分吸收前桨的尾涡能量,其推进效率明显提高。     

运用周期性边界条件预报螺旋桨的敞水性能(英文)

Mathematical models of propellers were created that investigate the influence of periodic boundary conditions on predictions of a propeller’s performance. Thrust and torque coefficients corresponding to different advance coefficients of DTMB 4119, 4382, and 4384 propellers were calculated. The pressure coefficient distribution of the DTMB 4119 propeller at different sections was also physically tested. Comparisons indicated good agreement between the results of experiments and the simulation. It showed that the periodic boundary condition can be used to rationally predict the open water performance of a propeller. By analyzing the three established modes for the computation, it was shown that using the spline curve method to divide the grids can meet the calculation’s demands for precision better than using the rake cutting method.     

船用螺旋桨理论研究的发展与方向

结合近代船用螺旋桨理论研究经历的三个发展阶段,系统地分析各个阶段螺旋桨理论研究的方法,分别介绍动量理论、叶元体理论、升力线理论、升力面理论、边界元法、粘性流体动力学法等。探讨螺旋桨理论与流体力学之间的关系,重点介绍粘性流体动力学法中计算流体动力学在螺旋桨理论研究中的应用,探讨船用螺旋桨理论今后的研究方向。分析结果表明：船用螺旋桨理论研究的方法和手段都与流体力学学科的发展关系紧密,计算流体动力学和流体力学试验手段的进步将促进螺旋桨理论研究的发展。