海洋污损对叶切面性能影响的数值研究

通常情况下螺旋桨桨叶表面是抛光金属,没有涂装防污涂层,这使得桨叶表面易受污损的附着和侵蚀,然而污损对叶切面性能的影响却很少受到关注和研究。文章通过CFD方法对这种影响进行定量研究,并对产生影响的物理机制进行深入分析。采用SST k-ω湍流模型以NACA 4424翼型作为叶切面进行数值模拟,在海洋污损生物群落中选取藤壶作为桨叶污损对象,并在几何层面上直接进行建模。计算结果表明,污损会使得叶切面表面边界层分离更早,分离区域增大,这将显著降低叶剖面的升阻比C_L/C_D,进而导致螺旋桨推进效率大幅度减小。尽管如此,当污损高度超过一定值后,污损高度的增加对C_L/C_D的影响便会变得很小。数值计算与文献中试验结果吻合得较好。     

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。     

基于NAPA的螺旋桨几何造型和图形生成方法研究

螺旋桨设计是船舶设计中重要的组成部分之一．基于船舶设计NAPA软件平台，使用NAPA自带的NAPA BASIC语言，利用坐标变换方法，根据螺旋桨桨叶的伸张轮廓和叶切面形状，得到了桨叶几何造型所需的三维坐标值，同时研究了桨叶二维图形的生成方法，从而有效地将船舶设计软件与螺旋桨的几何造型紧密结合起来，节省了大量的人力物力，提高了工作效率，推动了计算机技术在螺旋桨设计领域的应用，为船用螺旋桨的精确和高效绘图寻求了一条新途径．     

基于CATIA的船用螺旋桨三维建模方法

针对船用螺旋桨三维外形较复杂的特点,提出一种基于CATIA平台的坐标变换的船用螺旋桨三维建模方法,给出由叶切面局部坐标系到全局坐标系的变换公式,采用Excel快速完成数据处理,用VB.net语言对CATIA进行二次开发,完成桨叶曲面型值数据的读取与批量导入,最终快速得到螺旋桨三维模型,该方法柔性好、效率高,可以根据不同设计参数快速得到对应的螺旋桨三维模型,并对模型进行优化处理。     

两艘多用途船的螺旋桨设计研究

以2艘多用途船螺旋桨设计为例，运用螺旋桨理论设计与模型试验为手段，探索了特定条件下加大桨叶后倾角（增加桨叶梢与船底板间隙）、改变螺旋桨叶面积以及增加桨叶侧斜角对诱导脉动压力和效率的影响。结果表明：采用减小空泡裕度增加盘面比的措施，对降低脉动压力的效果最为显著；增大侧斜角措施的效果居中；通过改变后倾角增大叶梢与船底板间隙的措施，降低脉动压力效果相对要小一些。     

“克里木”油船的调距桨推进装置

“克里木”油船上的调距桨是为了实现船舶所有运行工况而采用的,包括不改变螺旋桨轴的转向进行机动的工况在內。通过调节桨叶螺距或者是改变螺旋桨转速就可以达到上述各种工况。可以转动桨叶的螺旋桨(简称活叶螺旋桨)和布置于它的毂部空间的转叶机构,是调距桨的基本组件。转叶机构空腔与液压系统沟通,以保证转动桨叶螺旋桨桨毂中一切活动连接支承获得润滑。转叶机构靠设计中称为变距机构的传动进行工作。设有远距离操纵系统以及对它的工作进行监视的系统,一切操纵均可在驾驶桥楼上进行。     

一个估算螺旋桨叶片上出现空泡范围的简单方法

本文在常用的螺旋桨水动力性能和叶片切面压力分布计算方法的基础上,提出了一个估算螺旋桨在径向非均匀水流中叶片上出现空泡范围的简单方法。此法可根据桨叶的几何形状,伴流分布和螺旋桨工况估计桨叶出现空泡的范围,也可给出出现空泡与螺旋桨的几何要素例如切面的拱度、厚度分布和冲角等之间的关系。这样,我们就能仔细地分折螺旋桨叶片上发生空泡的情况,提出改进螺旋桨空泡性能的措施。针对一条船舶的螺旋桨,用本方法进行了计算,计算结果与用空泡筒模型试验所得的结果相当一致。     

螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。     

某AU型螺旋桨的三维建模及其性能分析

螺旋桨性能将直接影响船舶的快速性和推进效率,文章以AU型螺旋桨为对象,运用实体建模和数值仿真等方法对螺旋桨性能进行研究。首先用MATLAB将螺旋桨的基本参数和不同半径处叶切面二维坐标转换为空间笛卡尔坐标,再将笛卡尔坐标值导入Solidworks中建立三维实体模型,然后在Fluent中选择RNG k-ε湍流模型,运用CFD数值方法对螺旋桨进行性能仿真,研究不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率和桨叶压力分布等参数特性变化趋势,分析计算结果的准确性。通过对螺旋桨性能的分析,得到螺旋桨运转时尾流场特性,为空泡、振动分析提供理论依据,为以后螺旋桨优化设计提供参考。     

高速水面舰船多工况螺旋桨叶剖面优化设计

针对水面舰船的高、低航速多工况服役需求,通过增强桨叶剖面在低空泡数条件下的负荷和控制桨叶剖面在高空泡数条件下的流动分离,提出了一种螺旋桨叶剖面参数化构型。在此基础上建立了多工况叶剖面优化设计方法,使舰船螺旋桨在高、低航速下均能有效、经济航行。以DTMB 5415舰船螺旋桨为例,优化设计了一个叶剖面,并应用到桨叶设计。通过与常规NACA剖面桨在多工况下的对比模型试验获得验证,试验结果表明:对应20 kn航速时,两种剖面螺旋桨的水动力效率相差1.5%;在对应40 kn航速工况下优化剖面桨水动力效率比NACA剖面桨高6.4%,并避免了推力突降风险。     

复合材料螺旋桨敞水性能与结构特性研究

针对复合材料螺旋桨流固耦合效应显著的特点，本文通过CFD计算复合材料螺旋桨所受水动力载荷，应用有限元方法计算复合材料桨叶结构响应，建立双向流固耦合数值计算方法，研究不同进速系数工况下刚性和复合材料螺旋桨的水动力性能与结构特性。研究结果表明：相较于刚性螺旋桨，复合材料螺旋桨通过弯扭耦合变形实现螺距角与攻角自适应匹配，进而提高推进效率并降低功率损耗；复合材料桨叶的最大总变形和最大等效应力随来流速度的增大而减小，随旋转速度的增大而增大。基于蔡-吴准则对复合材料螺旋桨的失效行为进行判断，蔡-吴失效系数随进速系数的增大而降低，失效区域更容易出现在桨叶叶梢处。     

大侧斜螺旋桨桨叶应力分析

采用求解RANS方程的方法对某大侧斜螺旋桨敞水流场进行模拟,计算得到的推力系数与力矩系数与试验值有很好的一致性.在此基础上,将计算得到的桨叶水动力载荷、离心力载荷和重力载荷导入有限元模型,求解大侧斜螺旋桨桨叶应力场分布.根据应力场分布特点,可知:桨叶除叶根有应力集中区域外,0.5倍半径靠近随边处还存在应力集中区域;在0.5倍半径桨叶切面处,桨叶压力面应力从导边至随边递增,桨叶吸力面应力从导边至随边存在波动.     

可调螺距螺旋桨水动力性能分析

利用面元法分析可调距螺旋桨的水动力性能.计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的的压力在随边有良好的一致性,同时用模拟物体真实行状的面元法来解决调距桨在螺距变化时的叶剖面畸变的问题.用Morino导出的解析计算公式来计算面元的影响系数,加快了数值计算的速度.以无厚度线性尾涡模拟桨叶泄出涡.调距螺旋桨最佳转轴位置由理论方法求出,使得桨叶的转叶矩为零.计算过程中计入了桨毂的影响,并分析了桨毂对桨叶表面压力分布的影响.最后给出了调矩螺旋桨水动力性能随随螺距的变化规律,并和试验结果作了比较分析.     

强声法清除附着藤壶的力学仿真

船体等由于表面附着动物、植物和微生物而产生的危害称为生物污损,其带来的安全隐患和能源消耗一直以来都是人类从事海洋活动的一大难题。藤壶是我国周边海域一种常见的海洋污损生物,附着在船体表面,使船体行进阻力增加,降低船舶机动性并造成其寿命减短。藤壶具有粘接强度高、难清除的特点。本文研究强声清除附着藤壶机理,明确强声清污的2种可能方式,并利用有限元软件建立藤壶附着模型,对强声清污进行仿真分析。结果表明,基于强声产生共振力或"综合力"都对附着藤壶有清除效果。     

湍流中螺旋桨激振力宽频谱及参数影响研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常激振力问题,文章介绍并推导了相关性法,在相关性法的基础上,重新定义了湍流速度相关性公式,并考虑了螺旋桨抽吸作用导致的湍流涡拉伸变形的影响,引入了拉伸系数ax,ay和az,推导了新的螺旋桨激振力宽频公式。同时,使用了十桨叶螺旋桨模型,分别采用相关性法和改进后的相关性法对其进行了计算并与试验值进行对比,发现改进后的相关性法能较好地预报螺旋桨激振力宽频谱,特别是在叶频处能与试验值符合较好。最后,在此基础上,研究了螺旋桨转速n、湍流积分尺度Λ和螺旋桨桨叶数N等参数对螺旋桨激振力宽频谱的影响。     

水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析

运用计算流体力学方法对水下潜器系统中导管螺旋桨在水下潜器转艏运动中螺旋桨周围的水动力现象进行观察,对在这样的工况下导管螺旋桨周围流场特征、进速、诱导速度、推力沿盘面和桨叶径向的分布,以及螺旋桨所发出的推力与螺旋桨周围流场之间的关系进行观察。计算结果表明:在一定的螺旋桨转速条件下,进速越小,螺旋桨所发出的推力也越大;由于导管出口处激发出的梢泄涡作用,导致盘面后叶梢附近轴向诱导速度降低、压力增大,该处叶面与叶背之间的压差也随之增大;螺旋桨的推力沿桨叶径向的分布呈现出半径越大,所产生的推力也越大的特点。     

轮缘推进器反厚度规律桨叶的翼型对比分析

为了开发适用于轮缘推进器的无轮轴螺旋桨，以Ka4-70+19A导管螺旋桨为基础，构造了叶梢厚，叶根薄的反厚度规律桨叶，相应的桨叶翼型也进行了重新设计。根据不同的原则设计了3套桨叶翼型，使用CFX对3种桨叶进行敞水性能分析。结果表明：反厚度规律桨叶叶梢压力分布不均匀，吸力面靠近导边与随边位置出现较大面积高压区和压力最大值，压力面出现较大面积的低压区和压力最小值。Type1翼型梢部压力从导边到随边变化较大，敞水性能相对于原型桨变差；Type2桨叶能保持翼型攻角基本不变，但梢部载荷降低，敞水性能降低最多；Type3桨叶压力沿切向分布更均匀，敞水性能为三者最佳。研究结果可为RDT的反厚度螺旋桨设计提供参考。     

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。     

指定压力分布的螺旋桨设计

修改压力分布设计螺旋桨新型叶剖面来改进空化斗的工作已经进行多年,但是均基于薄翼理论进行二维剖面与三维叶剖面之间的转换。文中分别用B样条曲线和曲面表达二维剖面和三维桨叶,指定Eppler剖面的压力分布作为三维目标压力;将一个初始螺旋桨用B样条曲线表达其0.8R处的剖面几何;建立算法调整0.8R剖面对应的B样条控制多边形,进而调整桨叶几何,使得0.8R处三维面元法预报压力逼近目标压力。文中最后还讨论了高负荷时该剖面的压力分布情况。     

螺旋桨桨叶固有频率的试验分析

以DTMB4381桨为研究对象,通过在桨叶表面布置加速度传感器,采用锤击法测得桨叶的固有频率.探究螺旋桨直径、螺旋桨安装位置、敲击工具和敲击位置对桨叶固有频率测量结果的影响.试验结果表明:螺旋桨的固有频率与其缩尺比呈反比;改变螺旋桨的安装位置会对其固有频率测量结果产生微小影响;不同的敲击工具激发桨叶固有频率的能力不同;改变敲击位置会使桨叶固有频率测量结果发生明显改变.