基于有限元模型的船用螺旋桨桨叶应力分析

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件建立静止域(舵、导管及船体)和旋转域(螺旋桨)的三维几何模型,在螺旋桨流场内求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations,RANS),由此对船用螺旋桨产生的推力和转矩特性进行数值模拟。对比分析在压载工况和满载工况下螺旋桨桨叶的压力分布、沿不同轴的受力情况和绕不同轴的转矩情况,为轴系弹性校中提供更加准确可靠的应力情况,对船用螺旋桨的生产设计提供有益的参考。     

兼顾敞水性能的三桨破冰船螺旋桨性能研究

为提高综合推进效率,兼顾破冰工况和敞水工况推进需求,针对三桨推进1∶1∶1和1∶2∶1两种功率分配方案,以破冰工况为设计基准开展三桨推进螺旋桨设计,并考虑干扰因子对三桨敞水推进螺旋桨进行优化,对比分析计算结果得出破冰船三桨推进功率分配为1∶2∶1时综合性能更佳.以此确定破冰工况和敞水工况螺旋桨设计参数,为重型破冰船推进...     

汽力装置回汽制动工况下螺旋桨变工况工作过程分析

针对蒸汽动力船舶回汽制动工况下螺旋桨转速经历了0转速状态,而采用传统的螺旋桨模型无法研究该状态的问题,通过对回汽制动工况中螺旋桨的典型动作过程进行分析,建立回汽制动工况中螺旋桨的变工况数学模型。基于Matlab-Simulink环境建立仿真模型,分析回汽制动工况下螺旋桨的动态运行状况,为回汽制动过程下螺旋桨的运行管理提供借鉴。仿真结果表明:在相同的航速下,倒车汽轮机回汽量越大,处于水轮机状态的螺旋桨所能达到的转速就越低;当对全速倒车的耗汽量实施回汽制动时,可以将96.8%最大航速以下的螺旋桨锁制。     

低负荷工况下调距桨的使用

调距桨装置可使螺旋桨在任何工况下都能吸收主机功率,但调距桨装置的使用并不是不受限制的,尤其是低负荷工况下的使用。不合理的使用调距桨装置(螺距和转速的匹配)可能会引起螺旋桨效率和空泡性能下降。本文以低负荷工况为常用工况的某型船为例介绍了调距桨装置的设计,对低负荷工况运行调距桨的设计具有参考和借鉴意义。     

船舶机桨匹配设计与分析计算平台研究

为了方便、快捷地实现船舶机桨匹配设计及性能分析,依据荷兰船模整理完成的B型螺旋桨新图谱,通过数值计算与回归得到螺旋桨匹配设计过程中各参数回归函数,利用C#编写机桨匹配计算程序,并对船舶航行性能及主机工况进行分析.通过对比分析得到设计的计算平台可以很好的满足计算精度的要求.     

可调螺距螺旋桨零推力螺距敞水力矩特性研究

文章利用可调螺距螺旋桨零推力工况的一般概念来求解零推力螺距工况的敞水力矩特性.作图法和解析法并用,以MATLAB为工具,解得可调螺距螺旋桨零推力螺距工况时的敞水力矩系数,从而解决了可调螺距螺旋桨在推进装置推进特性研究中经常遇到的零推力螺距敞水螺旋桨特性的建模问题.文章还对本研究结果趋势拟合的合理性进行了间接检验.     

关于螺旋桨图谱设计中空泡校核工况的选择

在螺旋桨的常规图谱设计中,以往多将无裕度的设计工况作为空泡校核工况。但当改用留有一定裕度的设计工况后,空泡校核工况应如何选择,本文对此进行了探讨。螺旋桨常规图谱设计中,“空泡校核”的实质就是对根据“设计工况”所设计的一组叶面比不同的螺旋桨,按“空泡校核工况”和指     

螺旋桨设计中工况点的选取及其可靠性分析

本文主要介绍螺旋桨设计中工况的选取，文中着重机桨匹配的储备、储备裕度和可靠性保证等问题进行了较为详细的讨论。     

航行工况推进特性与进程化探讨

从定义上分析了以“Ｐｐ＝Ｃｎ＾３ｐ”表征船舶航行工况所存在的问题，文章认为，以螺旋桨推进特性表征海洋运输商船的航行工况时，应明确定义其中反映各航行工况变化的标志性变量－螺旋桨转矩系数，同时指出了在大风浪中航行桨叶偶尔露出水面这一特殊工况时，其中标志性变量应螺旋桨直径参数。     

护卫舰推进系统设计动态模拟模型

护卫舰推进系统的运行工况变化较大，主机在全寿期中的大部分时间均以部分负荷和不稳定状态运行。采用费效比较好的巡航柴油机使推进系统的设计更加复杂，因此柴油机的负荷比通常使用的燃气轮机限制更多。其噪声特性方面的要求限制了调距桨的运行。基于以上考虑，荷兰海军研究开发了推进系统设计的动态模拟模型及描述整体模型以及螺旋桨和舰船的水动力子模型。说明了如何应用该模型对推进系统的设计进行评估。由于有了这种设计，模拟模型为荷兰海军提供了一种工具，可以用来指导螺旋桨加／减速时无空泡运行的设计。由于包括了海情对螺旋桨负荷的影响，应用该模型可以对螺旋桨在各种偏离设计点时的空泡性能进行评估。     

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.     

面元法预估导管螺旋桨定常性能的一种简便方法

用基于速度势的低阶面元法建立预估导管螺旋桨定常性能的计算方法,即对导管和螺旋桨都采用面元法,在计算面元的影响系数时计入导管和螺旋桨的相互影响。将对JD简易导管桨的计算与实验结果进行比较表明,该方法可以有效地应用于导管桨的定常性能计算。     

导管调距桨的定常性能预估

本文建立了一个预估导管可调螺距螺旋桨水动力性能的数值计算方法，即螺旋浆用升力面理论、导管采用面元法，通过迭代计算考虑浆和导管的相互影响。引入了一个修正的螺旋浆尾涡模型，来模拟尾涡片的扭曲变形及分离现象，对导管桨性能预估的各种影响因素分析了系统研究，并考虑了桨毂对性能的影响。对JD简易导管桨和导管调距桨（JD7704导管＋JDC三叶可调螺距螺旋浆）分别进行了计算，并与实验结果进行了比较。结果表明，本文所建立的方法可较好地预估导管桨的水性能，精度比以往有较大的提高。     

面元法预估导管螺旋桨水动力性能的一种新方法

采用一种新的方法预估导管螺旋桨的水动力性能；导管和螺旋桨均采用基于速度势的面元法，它们间的影响通过相互的诱导速度势数值迭代来体现．与诱导速度体现相互影响的方法相比，本文方法可节省编程及计算时间；对JD系列导管螺旋桨的计算与实验结果的比较表明，该方法可以有效地预估导管螺旋桨的水动力性能．     

导管螺旋桨水动力与结构强度计算方法研究

随着导管螺旋桨应用的普及,计算与分析其水动力与结构强度的方法也越来越准确、快速、简便。以荷兰船模试验水池No.19A+Ka4—70螺旋桨为实例,详述了导管螺旋桨计算与分析的整体流程。通过MATLAB计算得到螺旋桨翼面与导管的空间坐标,在Pro/E中建立三维实体模型,在HyperMesh中建立CAE模型。以流体部分网格为分析对象,分别在Fluent与CFX中进行导管螺旋桨水动力分析,并比较了不同计算软件得到的导管螺旋桨水动力分析结果,为导管螺旋桨水动力计算提供了基本思路。以流体-固体网格为研究对象,在CFX平台上中进行流固耦合计算,得到螺旋桨的结构强度分析结果,拓展了螺旋桨结构强度分析方法。该水动力与结构强度分析与研究为导管螺旋桨总体设计提供了有效可行的方法。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

导管参数对导管桨水动力性能的影响研究

基于CFD数值计算,计算19a导管与Ka4-70桨敞水性能。研究了导管长度,前缘形状以及导管与桨之间的间隙变化对导管桨敞水性能的影响。计算结果表明,导管能够改善螺旋桨尾流。对于导管长度,存在最优长度使得导管桨敞水性能最好。19a导管前缘形状是最优的,改变前缘形状会降低导管桨的敞水性能。当间隙在一定范围内,导管与螺旋桨之间间隙越小,敞水性能越好。非对称上下间隙对导管桨的敞水性能影响较小。     

低速大推力导管桨水动力性能预报及优化设计

为研究低速大推力导管桨水动力性能,应用商业软件Fluent,采用RANS方法结合k-ω湍流模型,开展了对原型和改型导管桨敞水状态下的数值计算。采用多运动参考坐标框架(MRF)技术,通过局部网格加密,来模拟桨叶和导管间的间隙流动。重点考察了设计工况点的水动力性能,压力分布等,通过计算分析,对导管桨(包括桨叶、导管以及前后定子)进行了优化设计。研究发现,导管桨在低速高负荷状态下,桨叶吸力面叶梢附近有很大的低压区。提高导管推力占比,可较大幅度提升推进效率。优化后置定子,能使效率得到一定提升。相关结果进行了试验验证,吻合良好,表明该数值研究方法可靠,具有广阔的工程应用前景。     

导管空气螺旋桨的设计方法

简要介绍了导管空气螺旋桨的类型,基于动量理论、叶素理论和涡流理论阐述了加速型导管空气螺旋桨的设计方法,给出了一个基于该设计方法的设计实例,并将该设计方法的计算结果与试验结果以及其他方法的计算结果进行分析比较,计算结果与试验测量值吻合较好,进一步验证了该方法的可行性。     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素，指导导管螺旋桨的优化设计，采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究，分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大，而敞水效率下降；适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能；减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加，增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降；当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时，不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言，前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响，其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数，并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。