船体与组合推进器系统推力减额特性设计主参数和优化策略研究

在文献[1]的基础上,提出了评价船后组合推进器推力减额特性的4个指标:整体推力减额效率(1-t1)、转子推力减额效率(1-t2)、组合推进器推力比τ和导管定子阻力比γ.利用CSSRC现存试验数据运用简单对比和统计分析方法,给出了诸设计参数对这些指标影响的显著性和规律性.推荐采用受控于全部主参数的指标(1-t2)作为船体与组合推进器相互干扰特性优化的总目标,提出了用部分主参数控制的对应分目标优化和迭代来实现总目标优化的简明策略.实例计算表明,优化设计船体尾型主参数LRD、CPR和推进器主参数(A)ex/AP的搭配,可大幅度提高船后组合推进器的推力减额效率.     

基于分块结构网格的泵喷推进器敞水性能模拟

为准确预报泵喷推进器的敞水性能，采用分块高质量结构化网格，结合SST k-ω模型对模型泵喷推进器进行了数值模拟。结果表明：该数值方法所得计算值与实验值保持较好一致性；进行泵喷推进器敞水性能模拟时，进口距转子域的最佳长度为3D；泵喷推进器的前置定子有利于降低辐射线谱噪声和提高推进效率；设计较大的导管攻角有利于降低泵喷推进器的辐射线谱噪声。     

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。     

网格变形控制技术在带前置定子导管桨水动力优化设计中的应用

应用网格变形控制技术,对带前置定子导管桨进行了转动叶片水动力外形的优化设计研究,优化方案的敞水效率较原始方案提高了2％,并能显著减弱叶梢流动的分离现象.优化结果表明,基于网格变形控制技术的网格重构方法能在保证网格相似性的条件下,解决多方案网格自动生成的难题,便于进行组合式推进器的水动力性能优化设计.     

单桨、导管桨和泵喷推进器的水动力性能和流场对比研究

单桨、导管桨和泵喷推进器是水下航行器常用的3种典型推进器。论文在某型前置定子式泵喷推进器模型的基础上建立了2种新的模型，分别为只包含转子的单桨模型和包含转子、导管的导管桨模型。基于分离涡模拟方法，对这3种模型的水动力性能、流场进行了对比研究。结果表明，相对于单桨和导管桨，泵喷推进器的水动力性能有明显提高。此外，前置定子对转子叶片上的非定常载荷有较大的影响，改变了其幅值和频率特性，而导管对转子叶片上的非定常载荷影响较小。单桨和导管桨转子叶片上激振力的特征频率是转子的通过频率，而泵喷推进器转子叶片上激振力的特征频率是定子的通过频率。论文的结论对水下航行器的推进器选型和水动力性能研究有一定的工程指导意义。     

全回转吊舱推进器性能预报—仿真与试验研究

推进器,特别是用于动力定位工况下的大功率全回转吊舱推进器在选型安装前,对其水动力性能准确预测十分重要,其性能好坏直接影响系统最终的定位精度。本研究结合ZPMC研发建造的伸缩全回转吊舱推进器,采用商用CFD软件分别对螺旋桨、导管以及吊舱推进器的敞水性能进行了数值计算,建立了吊舱推进器水动力性能预报的方法。一系列敞水试验结果表明该方法可以较为准确的对包括推力、扭矩及效率等在内的吊舱推进器整体性能进行预测,继而为推进器性能的预报、优化提供参考。     

船体与组合推进器水动力相互干扰特征的模型试验及推力减额特性的评估分析

以船体、导管和前置定子及转子组成的系统的推力减额特性为研究对象,基于因子分析理论,提出了该三因子系统的水动力相互干扰分析模型,导出了诸因子之间相互影响的求解公式,并采用分解试验方法实现了所有效应的准确测定.分析研究了系统推力减额的两种不同处理方式,建立了相应的评价指标体系.通过对两个特定方案的评估分析,推荐采用k2和t2作为系统推力减额性能优劣的综合评价指标,并建议采取以减小RrlH和RrlSD为主要方向的优化策略.     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

吊舱推进器定常水动力性能计算

采用FLUENT软件进行拖式吊舱推进器水动力性能的计算,将整体计算域划分为三个区域进行从而达到合理减少计算网格的目的.对于吊舱推进器的整体计算由于涉及到转子/定子物体的相互干扰问题,文中在模拟相互干扰平均效果的定常情况计算中,采用混合面模型进行.对计算方法及边界条件的设置进行了详细介绍.讨论了两种壁面函数对计算结果的影响.计算了不同进速系数下吊舱推进器的推力系数、扭矩系数.采用四套网格进行了吊舱推进器水动力性能计算的比较分析,给出了详细的计算网格参数.分析了计算网格数对吊舱推进器理论预报精度的影响.     

定子叶片对推进器水动力性能影响分析

为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学（CFD）对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结构推进器的水动力特性变化。结果表明：在研究的转速范围内前置定子最高降低扭矩百分比仅为48.71%,后置定子可完美平衡到100.99%的扭矩;前置定子降低推力幅度最大可达36.16%,后置定子提高整体推力最高为3.32%;对转推进器在推力方面远高于泵喷推进器2～4倍,且具有扭矩自平衡的效果,流场稳定性远低于泵喷;后置定子泵喷相比无定子推进器效率提高6.24%,且具有更加稳定的尾流场。     

Experimental study of controlling tip clearance flow in a pump-jet propulsor北大核心CSCD

[Objective]This paper aims to suppress the adverse effects of tip clearance flow on the hydrodynamic performance and unsteady excitation force of a pump-jet propulsor. [Method]As for the pre-swirl stator pump-jet propulsor, an annular flexible seal structure closely matched with a rotor tip ring is used to study the validity of suppressing the clearance flow on the rotor tip. The rotor thrust and torque of the propulsor are measured by keeping the shroud approximately rigidly fixed, enabling the rotor open water efficiency to be obtained. In addition, the point of cavitation inception at each design condition is observed and recorded carefully with the help of a high-power stroboscope, and the cavitation inception curves of the propulsor with/without tip clearance are obtained through calculation. Finally, tests of shaft vibration acceleration on the pump-jet propulsor with/without tip clearance are conducted under conditions of cavitation and non-cavitation in order to evaluate the effects of diminishing tip clearance. [Results]The results show that the thrust and torque of the rotor of the pump-jet propulsor with a flexible seal structure are significantly increased, which in turn renders open water efficiency significantly increased at low and medium advance coefficients, unchanged near the design point and slightly decreased at the high advance coefficient. Moreover, the cavitation performance of the pump-jet propulsor without clearance is better at a wide range of advance coefficient, 0.85 相似文献   

机桨一体化推进电机的设计与分析

设计了一种新型的适用于机桨一体化水下推进器的大气隙永磁电机,电机转子磁极采用Halbach结构。针对该新型永磁电机的特点,采用有限元法对电机进行了电磁场分析,在计及定转子相对运动及定子斜槽等因素的条件下,计算了电动机的空载及负载磁场分布、空载气隙磁密、空载反’电势以及负载运行特性,计算结果表明电机的各项指标均能满足工程需要。     

基于正交试验的喷水推进器参数优化设计

采用正交实验法对喷水推进器进行参数优化设计,以推力作为评价指标,基于信噪比的概念,分析了转子叶片数、定子叶片数以及定子安装角度对喷水推进器参数的影响。结果表明：定子叶片数在影响因素中的贡献度较低,转子叶片数与定子安装角度有着较强的交互作用,且呈负相关关系,当转子叶片数较多时,流体轴向速度较大,因此定子安装角度不宜过大。通过正交实验与非线性理论模型的构建,基于自适应粒子群算法寻优,得出最佳化参数组合为转子叶片4片、定子叶片数为5片以及定子安装角度为10度,优化结果经类比实验性能测试,效果较佳。     

泵喷推进器水动力噪声的数值预报

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合点源模型并借鉴扇声源理论完成了任意边界条件下旋转声源噪声的计算,并且噪声计算结果与试验值、文献值吻合较好;然后以某泵喷为对象分别计算了泵喷静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到泵喷总噪声。结果表明静止部件噪声宽带总声级在径向最高,旋转部件噪声则在轴向最高;在导叶通过频率及其谐频处,由于叶轮与导管内壁面相互作用区域脉动剧烈,使得导管成为径向测点处噪声的主要贡献者,导叶对总声场的贡献量很小。     

泵喷推进器抗空化性能分析

为改善泵喷推进器抗空化性能以提高舰艇推进器空化初始航速,在验证所用方法可信性的基础上,运用三维反问题设计方法及计算流体力学方法对某排水型船进行泵喷推进器大样本优化设计。结果表明:泵喷推进器低压区的存在形式有3种,即大面积存在、局部存在、在叶片导边和导管进口外壁面呈线状分布;从尺寸选型、叶片负载分布、毂径比、入流角4个方面进行优化设计后,泵喷推进器抗空化性能明显提高。所总结的优化设计方法同样适用于泵喷推进器及导管桨等类似结构推进器的抗空化性能改善。     

前置预旋导管内定子周向布置形式的数值研究

采用数值模拟的方法对前置预旋导管内定子的周向布置形式进行了研究分析.通过计算单个定子不同来流攻角,两个定子不同夹角及考虑螺旋桨抽吸作用下的多种工况,得到了导管内单个定子的周向影响范围,并分析了来流攻角对定子切向预旋作用的影响;给出了导管内布置两个定子时的最佳几何夹角.此外,还分析了螺旋桨的抽吸作用对定子预旋效果的影响.