基于CFD的螺旋桨侧斜分布的影响

作为特种船舶高速推进装置的大侧斜螺旋桨,凭借其侧斜角较大的特殊结构导致由螺旋桨引起的轴承力和表面力特性减小,这对于提升推进器的推进性能以及效率性能有着重大意义。采用基于RANS方程的CFD数值模拟方法,对某五叶大侧斜螺旋桨(侧斜角度为55°)进行水动力学仿真并与水池试验结果对比,结果显示仿真结果具备可靠性与精确性。以大侧斜螺旋桨的侧斜分布为变量,并以原型桨为基础且只改变其侧斜分布而建立3个大侧斜螺旋桨模型,侧斜角度分别为40°、50°和60°。然后,对3个不同侧斜角度的大侧斜螺旋桨进行了定常敞水特性水动力学仿真实验。实验结果表明,随着螺旋桨侧斜角度的增大,螺旋桨的推进性能和高效性能都有所提升。     

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.     

大侧斜螺旋桨设计中的考虑

介绍船舶大侧斜螺旋桨的设计流程和桨的各主要要素确定原则，论述大侧斜螺旋桨强度问题及工程实用的校核方法，对目前大侧斜螺旋桨设计工作存在的薄弱环节提出改进措施。     

大侧斜对转螺旋桨在鱼雷上的应用研究

文章从鱼雷螺旋桨设计过程中的噪声性能分析和强度分析两个方面研究了大侧斜对转螺旋桨应用于鱼雷的设计方法,并通过一个具体的鱼雷大侧斜螺旋桨设计实例和试验验证来说明此设计方法在鱼雷大侧斜螺旋桨设计中的应用前景及设计过程中的改进措施.研究结果表明,采用大侧斜桨叶可以得到良好的推进性能和更好的空泡噪声性能,而且振动小.同时也指出了大侧斜螺旋桨所存在的不足.文章对鱼雷用螺旋桨的设计和实际应用具有参考价值.     

大侧斜可调螺距螺旋桨

本文论述了大侧斜可调螺距螺旋桨的设计与试验。近几年来大侧斜可调螺距螺旋桨由于螺旋桨与船体伴流场间的相互作用而减小了螺旋桨的诱导振动,改善了转叶扭矩因而得到了显著的发展。作者所在的卡米华公司的船用试验室对大侧斜螺旋桨进行了广泛的研究,其中包括:螺旋桨流体动力特性的确定;在模拟船艉伴流场情况下,对空泡模型的观察以及对作用在船体上的螺旋桨诱导脉动力的测量;在模拟船艉伴流场的情况下,对不同工况测量了螺旋桨桨叶的动态力与力矩;在系统地改变进速比、空泡数、螺距比的情况下,测量了桨叶的转叶扭矩值并比较了常规叶型与大侧斜螺旋桨的各种参数。本文还介绍了进行上述试验所选用的仪器,并将试验结果以曲线形式给出。最后作者还对大侧斜可调螺距螺旋桨的设计和应用提出了一些建设性的意见并对大侧斜螺旋桨予以正确的评价。     

侧斜螺旋桨桨叶强度计算及其可靠性分析

本文用有限元方法并结合MonteCarlo法校核了侧斜螺旋桨的强度，在此基础上对侧斜螺旋桨强度进行了可靠性分析，得出相应的可靠度系数。     

护卫舰五叶侧斜螺旋桨的研究设计

本文介绍了我国护卫舰首次装备的五叶侧斜桨研制过程。给出了桨模性征曲线、空泡、噪声、脉动压力到实船航速－功率曲线、脉动压力、振动、辐射噪声等广泛的试验资料，阐明如何解决实船发生桨叶随边局部变形问题和修改成适合于正倒车运行的侧斜桨叶外形，经实船高速运行和透航性试验证明桨叶有足够强度，为高速舰船大盘面比侧斜型定距桨的设计提供了宝贵经验。     

侧斜桨叶应力研究

本文利用Ｓｕｐｅｒ－ＳＡＰ有限元分析程序建立了侧斜桨叶的力学模型。流场计算采用非惯性系下的不可压缩粘性流体定常情况下的边值问题的有限元解法。应用ＭＳＣ－ＮＡＳＴＲＡＮ及Ｓｕｐｅｒ－ＳＡＰ计算得到侧斜桨叶在三咱不同工况下的应力分布规律，最大相当应力值及其分布区域。分析了侧斜桨叶断裂原因。     

侧斜叶应力分析研究

本文利用Ｓｕｐｅｒ－ＳＡＰ有限元分析程序建立了侧斜桨叶的力学模型。流场计算采用非惯性下的不可压缩粘性流体定常情况下的边值问题的有限元解法。应用ＭＳＣ－ＭＡＳＴＲＡＮｅｙ Ｓ－ＳＡＰ计算得到侧斜桨叶在三种不同工况下的应力分布规律，最大相当应力值及其分布区域。分析了侧斜桨叶断裂原因。     

基于粒子群算法的螺旋桨侧斜分布优化

为了降低螺旋桨激振力,减小螺旋桨对船体的诱导振动,采用粒子群优化算法,结合螺旋桨非定常面元法预报程序,对螺旋桨的侧斜分布进行优化设计。给出侧斜分布的数学表达形式以及粒子群优化算法的数学模型,并以Seiun-Maru HSP螺旋桨为母型桨进行优化设计,得到3种优化方案。其中,最优方案在不损失螺旋桨推力和扭矩的情况下,轴向一倍叶频、二倍叶频推力系数和扭矩系数明显降低,达到了优化目的,即通过改变螺旋桨侧斜分布形式,能够有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能,验证了粒子群优化算法用于螺旋桨侧斜分布优化的可行性,可以实现工程化应用。     

冷藏集装箱船高效低激振力大侧斜桨系统试验研究

本文通过对３种集装箱船的１０只桨模的系统研究，找出了大侧斜桨的环量分布、纵斜、侧斜和叶剖面形状间的最佳配合；通过叶数对比试验和雷诺数影响试验，找到了一些叶数和雷诺数的作用规律。试验结果表明，按本研究设计的桨，比国外同类型桨的效率约高７％，激振力约低１５￣１６％。     

护卫舰五叶侧斜螺旋桨的研究设计

叙述我国护卫舰每一将装备的五中侧斜桨研制所经历的全过程及所获得的航速；振动和噪声诸性能良好的结果。列举了桨模性征曲线，空泡、噪声、脉动压力到实船航速一功率曲线，脉动压力、振动、辐射噪声等广泛的试验资料，说明了如何解决实船发生桨叶随边局部变表问题和修改成活适合于正倒车运行的侧斜桨叶外形，并经充分的实船高速运行和适航性试验证明桨叶有足够强度，从而为今后高速舰船大秀面经侧斜型定距桨的设计提供了富足的借鉴     

VLCC大侧斜螺旋桨设计可行性研究

本文就超大型油轮大侧斜桨设计可行性进行了论证。首先论证了所开发的设计程序包的可行性，通过四艘大型船舶６个侧斜桨的设计与试验比较表明：设计程序包是准确，可靠，行之有效的。另外，具备了伴流场中脉动压力测试手段，对Ａ船和Ｂ船７个桨模的试验表明：大侧斜桨比常规桨的脉动压力下降３０％，而航速相同。     

大侧斜螺旋桨水动力数值图谱构建与应用研究

CFD方法的快速发展为螺旋桨水动力图谱构建提供了新的手段。针对大侧斜螺旋桨设计的强烈需求，以INSEAN E1619为母型桨拓展形成大侧斜螺旋桨系列方案，利用CFD方法开展大侧斜桨敞水虚拟试验，然后通过多元回归分析实现敞水结果的数字化表达，并对表达结果进行校验，在此基础上完成大侧斜螺旋桨水动力数值图谱设计程序开发和实例应用分析。经校验证明，回归多项式计算精度可满足数值图谱的开发要求。实例应用分析结果表明：相比B-系列螺旋桨图谱，在直径不受限制的条件下，本数值图谱设计方案效率与之相当，最佳直径偏小6%左右；在直径受限的条件下，本数值图谱设计方案效率偏高，文中实例给定直径下偏高约7%。该数值图谱可为低噪声大侧斜螺旋桨初步设计阶段的推进性能评估和推进系统参数选型提供新的手段和工具。     

大侧斜螺旋桨强度研究

本文介绍了利用三维相对单元编制的用于大侧斜螺旋桨强度计算的有限元程度ＨＰＲＯＡＰ。并用大量国内外正在使用的大侧斜螺旋桨强度的对比计算结果及九个桨模的试验结果验证了该程序的可靠性。     

不均匀流中螺旋浆侧斜对空泡性能的影响

为了阐明在不均匀流中船用螺旋浆侧斜对不定常空泡性能的影响，选用了六只等螺距不同侧斜角分布的螺旋浆。用这些螺旋浆，通过试验研究了侧斜角和侧斜分布对螺旋浆空泡性能的影响。并在两种不同的伴流下进行了空泡观测、螺旋浆上方船体上的脉动压力测量、空泡厚度测量、油膜法试验和噪声测量。一种伴流分布是第十七届ITTC作为剥蚀比较试验的汽车运输船的模型伴流分布，另一种是用世岛(Sasajima)和田中（Tanaka）的方法修正的实船伴流分布。实验结果表明，随着侧斜角的增大，船体的脉动压力振幅减小，随着侧斜角的增大空泡体积按比例增大。侧斜增大的影响似乎使在非定常空泡溃灭时产生云状空泡的冲击压力范围减小并且减弱。这一点可从油膜法试验和空泡噪声测量结果中得到证实。随着侧斜角增大，在浆叶吸力面上的涂料脱落的面积和声压级减小。     

某高桩码头断桩现象分析

介绍某高桩码头靠岸侧斜桩在桩帽处断桩现象,分析认为在斜桩轴向力的水平分力作用下,斜桩与桩帽的连接强度不足是断桩主要原因,软土地基、施工质量和堆场超载也是断桩原因,建议桩的结构计算时要进行斜桩与桩帽或横梁连接计算。     

大侧斜螺旋桨如何降低噪声和振动

根据本文作者所在公司的观点,大侧斜桨叶的设计也许对大多数船型减少船体振动和改善燃料消耗提供了最佳的螺旋桨型式。大侧斜桨叶在定距桨上应用已经有几十年了,但在调距桨上的应用却受到很大的限制。     

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。     

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。