基于侧斜的螺旋桨优化设计

螺旋桨的螺距、纵倾、侧斜、剖面参数等众多几何参数综合决定着螺旋桨的水动力性能,在进行螺旋桨优化设计的过程中,需要以这些参数为优化变量进行优化。本文以粒子群算法为工具,基于面元法理论,以侧斜为优化变量,推力系数为限制条件,敞水效率为优化目标,对螺旋桨进行优化设计。侧斜用贝塞尔曲线拟合方式进行表达,给定一定的变化范围,符合优化过程中的实际变化。对优化结果进行分析,螺旋桨敞水效率提高,同时改善了桨叶表面的压力分布,有利于延迟空泡的产生;优化桨在0-1的进速中敞水效率均比原桨提高。     

船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究

基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序,利用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距及拱度的优化设计研究,并对设计结果进行粘流CFD计算验证。以某集装箱船螺旋桨为母型桨,保持其原有的径向负荷分布形式,指定不同的弦向负荷分布形式,采用上述方法进行螺距及拱度的优化设计(桨叶其它参数与母型桨相同)。CFD计算表明,通过指定适当的负荷弦向分布,可以在保证效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀,从而推迟桨叶空化。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

一种螺旋桨参数化建模方法

对螺旋桨进行优化时,需要建立起优化计算的样本空间,即要实现初始桨的参数化建模。本文基于贝塞尔曲线拟合原理编程实现了螺旋桨的参数化建模,对螺旋桨的径向参数分布分别用一条贝塞尔曲线进行拟合,曲线的控制点通过遗传算法寻优求得。文中以4382桨为例,对其进行参数化建模,讨论了三、四、五、六阶贝塞尔曲线的拟合效果,发现三阶贝塞尔曲线拟合光顺性最好、拟合平均误差可以控制在0.3%以内,而且控制点个数较少,最适合拟合螺旋桨径向参数分布。最后通过调整三次贝塞尔曲线控制点的位置调整了原桨叶的几何形状,得到光顺性较好的新桨叶模型,表明该参数化建模方法合理。     

DOE方法在螺旋桨几何参数优选中的应用

螺旋桨的几何外形是通过螺距、纵倾、侧斜、拱度、弦长、桨叶剖面等几何参数来表达的,这些几何参数影响着整个螺旋桨的水动力、噪声、空泡、振动等性能。定量地给出不同半径处各个几何参数对螺旋桨性能的影响,对螺旋桨的设计有重要的指导意义。论文采用试验设计(Design of Experiment,DOE)的拉丁超立方设计方法,结合螺旋桨定常水动力性能的面元理论预报程序,分别定量地研究了不同半径处的螺距以及盘面比与0.4、0.7、1.0半径处的纵倾、螺距、侧斜对敞水螺旋桨推力系数和敞水效率的影响;同时,结合螺旋桨非定常水动力性能的面元理论预报程序及傅里叶分析方法,定量研究了不同半径处侧斜以及0.5、0.8、1.0半径处的螺距、纵倾、侧斜对螺旋桨主桨叶在给定伴流场中非定常推力的影响。研究结果表明:DOE方法能够准确分析不同径向处的几何参数对定常和非定常螺旋桨性能的影响程度。     

基于字典排序方法的螺旋桨优化设计

为实现螺旋桨效率在一定的设计进速系数范围内的最佳化,本文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,以推力和空泡性能为约束条件建立优化数学模型,基于字典排序方法对优化模型进行求解。得到了优化后的螺旋桨螺距比径向分布,并将优化结果与以设计航速点的螺旋桨效率为目标进行优化后的结果进行对比。结果表明,由于船舶航行时航速的变化,以设计航速点的效率为目标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内多个工况点对应的效率。     

基于PropCad的螺旋桨几何建模研究

为了将螺旋桨设计所得到的主要参数和水动力性能转换为螺旋桨几何模型,基于PropCad软件,对桨型、桨叶数、旋向、桨径、盘面比、螺距、后倾角、侧斜、叶剖面等诸多因素进行精确控制,以准确快捷地完成螺旋桨几何建模。研究结果表明:根据船舶参数和螺旋桨参数等建模输入,借助Prop Cad软件进行输出螺旋桨2D/3D图、桨叶切面型值表、桨叶厚度送审报告,可以精确高效地将螺旋桨设计所得到的主要参数和水动力性能转换为螺旋桨几何模型。     

参数选择对螺旋桨水动力性能的影响

为研究螺旋桨的几何参数对其水动力性能的影响,用基于速度势的低阶面元法计算敞水螺旋桨的定常水动力性能,根据格林公式,得到关于螺旋桨扰动势的积分微分方程,采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边处满足压力库塔条件,计算分析螺旋桨的主要参数对其水动力性能的影响.计算结果表明,桨毂锥角、桨叶数、盘面比及侧斜对桨推进及空泡性能影响较大,而纵倾的影响相对较小.     

螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析

为了预报毂帽鳍的水动力性能,采用计箅流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行计算研究.模拟某型毂帽鳍在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨桨叶表面压力分布和桨毂表面速度矢量分布情况等.通过加鳍螺旋桨与母型桨相关计箅结果的对比,得到:在低进速系数情况下,螺旋桨加鳍后使得推力系数上升、转矩系数下降,导致其效率有所增加;同时由于鳍的存在,改变了桨毂处水流的速度分布,使得原先围绕桨毂随螺旋桨方向旋转的水流沿着鳍向桨后运动而不在桨毂处汇集,从而减弱了桨毂涡流.     

吊舱推进器及其螺旋桨的敞水性能估算

对影响吊舱推进器螺旋桨性能的因素进行了分析,提出应用常规螺旋桨图谱估算POD桨敞水特性曲线的方法,根据已知POD桨的敞水特性资料,通过保持盘面比不变改变螺距比迭代计算得到等效常规螺旋桨,根据得到的螺距比变化规律和常规桨图谱,设计POD桨和估算其敞水特性,并给出算例。     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

基于Boltzmann方法的手动可调螺距桨敞水特性

针对船舶长期服役后出现的船、机、桨不匹配问题,采用Boltzmann方法建立手动可调螺距螺旋桨的数学模型,对手动可调螺距螺旋桨进行敞水特性计算,结果表明:手动可调螺距螺旋桨随着螺距角的增大,其推力、转矩逐渐增大,当进速较小时,桨叶螺距角小的效率高,进速较大时桨叶螺距角大的效率高,并且桨叶螺距角有一定的工作范围,另外随着桨叶螺距的增大,桨叶吸力面低压区逐渐减小,桨叶压力面高压区逐渐增大,叶根及桨毂附近的低压区逐渐减少,手动可调桨发生空化的可能性将降低。     

多岛遗传算法在螺旋桨优化设计中的应用

文章将优化算法应用在螺旋桨的设计中。通过建立数学模型对螺旋桨推进效率进行寻优。以影响螺旋桨推进效率的主要因素(桨叶数、直径大小、螺距比、盘面比)作为变量,进行数学建模,用多岛遗传算法(MIGA)对螺旋桨的推进效率进行优化。这样改变螺旋桨的一部分参数就能直接得到最佳效率下的其他参数,而不需要进行繁琐的螺旋桨敞水性能图谱设计,对现代螺旋桨的设计有实用价值。     

螺距与拱度对螺旋桨水动力性能影响研究

以KP505螺旋桨为研究对象,利用CFD软件,基于RANS方法结合Realizable k-ε湍流模型开展螺旋桨水动力性能数值模拟,分析不同螺距、拱度径向分布对其水动力性能的影响.结果表明:随着螺距、拱度增大,推力和转矩均明显增加,导致螺旋桨单位面积平均推力增大,使得螺旋桨更易产生空泡现象;在中、低进速系数下,螺距越小,敞水效率越高;随拱度的增大敞水效率无明显变化.     

船用螺旋桨推进性能优化设计及试验方法

为进一步追求螺旋桨最佳的推进性能,以某船用高效桨作为研究对象,通过分析螺旋桨主要参数与水动力学性能之间的关系,在一定的约束条件下调整盘面比Ae/Ao、螺距P、纵斜ZR等主要参数进行优化设计。同时,将优化后的桨进行了敞水和空泡试验验证。结果表明,优化桨在能够保证空泡性能下,其在设计工况点附近的敞水效率较原桨提高近2%左右,综合性能更佳。本文优化方法可为相关船型的螺旋桨优化设计提供参考。     

基于新型剖面设计的螺旋桨多目标性能权衡优化

利用Eppler方法进行新型抗空泡翼型剖面设计.设计的新型剖面其空泡斗比具有相同设计升力系数和厚度弦长比的NACA66 mod+a=0.8剖面要宽很多.将新设计的剖面用于螺旋桨敞水性能优化,以4个半径处的螺距为设计变量,以敞水效率和多个半径处的最小压力系数为目标函数,利用iSIGHT优化平台对其螺距分布进行优化,以改善其敞水性能,特别是空泡性能.计算结果表明,采用新型抗空泡剖面进行螺旋桨敞水性能优化是有效的.并比较不同优化算法对优化结果的影响.     

基于B样条的螺旋桨面元法设计

为了改善螺旋桨的空泡性能，提出一种基于面元法的螺旋桨设计方法，桨叶几何形状用较少的B样条控制角点来表示。给定桨叶剖面环量分布，并认为桨叶剖面弦向环量分布与压力差分布形式相同。将面元法计算得到的压力差分布转换为环量分布，以计算的环量分布与给定的环量分布之差的平方和作为目标函数，通过最小化目标函数可以得到桨叶几何形状。     

基于CFD的导管调距桨尺度效应研究

常规螺旋桨在进行水动力实验时,需要满足临界雷诺数的要求,这样,实桨的尺度效应就可以忽略。但是,对于非常规螺旋桨,如导管螺旋桨,尺度效应能否忽略值得研究,因为机翼型导管和螺旋桨水动力性能各自随几何尺寸变化的规律不一致。基于CFD计算方法,对某导管调距桨的尺度效应进行数值研究。在获得可靠的数值模拟方法后,数值模拟了两个螺距比和两个进速下不同尺寸导管螺旋浆的流场。比尺包括1、1.7、3.4、4.25、8.5和17共6个几何尺寸。计算结果表明,导管螺旋桨敞水性能的尺度效应比预期的要明显。随着尺寸增大即雷诺数增大,导管的推力先略有增加后基本不变,螺旋桨的扭矩和推力略有下降,但效率有所增加;小螺距比工况下的尺度效应要比大螺距比的大。     

平衡侧斜和偏侧斜对船舶螺旋桨水动力性能的影响

为了改善船舶螺旋桨在中高载荷下由于吸力面局部压力过低造成空化的现象,提出通过改变螺旋桨的侧斜方式和侧斜角度来改善螺旋桨吸力面的压力分布,从而改善桨叶的空化形态的方法.以DTMB P4119桨为原型改变其侧斜方式和侧斜角度,新构造了7个螺旋桨,并基于k-ω SST湍流模型和混合网格方法对新构桨进行敞水数值计算.结果表明:对偏侧斜桨,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数增加,敞水效率略有降低.而对于平衡侧斜桨,在低进速下,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数和敞水效率降低;中低进速下平衡侧斜桨和偏侧斜桨的敞水效率相当,中高进速下,平衡侧斜桨的敞水效率高于偏侧斜桨;桨叶吸力面的低压区随侧斜角度的增加而变得狭长,有利于削弱片空化.