基于振动测量的船舶首侧推振动特征及原因分析

为分析某船首侧推振动强烈原因,采用正负螺距交替增加方案,在锚泊状态下测量首侧推的振动数据。振动速度随着螺距角的增加而变大,当螺距小于70%时,振动速度在桨叶叶频处幅值最大,随着螺距继续增加,振动速度幅值转移至低于叶频区域。首侧推桨叶进流均匀度与桨叶空泡是引起振动的主要原因。因首侧推导臂增加了桨叶负螺距时进流的不均匀度,造成负螺距时振动强度大于正螺距;数值模拟结果显示,70%螺距时,桨叶叶梢区域存在明显空泡,随着螺距的增加,空泡逐渐向叶背区域扩展。根据振动测试分析结果,新设计船舶应优化设计进流条件,增加进流的均匀度。适当选取额定推力较大的侧推型号,以减小电机最大功率的桨叶螺距,降低空泡激励的振动。     

高低工况螺旋桨空泡性能试验与机桨匹配设计

对某型测量船螺旋桨的脉动压力进行了理论估算,并开展不同螺距比的螺旋桨空泡性能模型试验,预报不同设计工况的空泡性能及脉动压力,获得了不同螺距下的背空泡及面空泡限界,尤其是小螺距比下的面空泡斗特性。在此基础上,针对目标船不同任务模式下的使用要求,结合主机特性,对其高低航速工况进行了机桨匹配优化设计。实船试验结果和使用情况表明,机桨匹配设计较为合理。     

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。     

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。     

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。     

低负荷使用工况调距桨的设计和试验验证

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。不合理地使用调距桨装置(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。文章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和试验验证,对低负荷工况运行调距桨的设计具有参考和借鉴意义。     

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。     

“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。     

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.     

带循环浆叶螺距控制的船用螺旋桨性能计算

按运用二维不发片方法，计算优化一般性桨叶螺距循环变化，能消除桨叶上随时间的变化的力。运用升力面理论，对采用循环桨叶螺距的桨和相同尺寸的定距桨性能进行了比较计算，证明了舶循环螺距控制的有生。桨叶采取在每次默许中循环螺距控制，能减少桨叶上的非定常力和船体表面的压力脉动。同时，与定距桨比较而言也减少了面空泡的范围。     

海事40m级巡逻船理论螺旋桨设计应用分析

运用升力线、升力面以及面元法理论为海事40 m级巡逻船设计新型螺旋桨。采用给定环量分布进行螺旋桨理论设计,并通过桨模敞水试验和实桨装船后的实船测试验证该桨的理论设计方法。实船测试主要通过2条相同船型的实船,分别加装图谱桨和理论桨进行航速、轴功率、艉部振动对比测试,用实船试航的试验数据对比分析理论桨相对图谱桨的性能指标。结果表明：采用理论方法设计的螺旋桨相对原来的图谱方法,与船型匹配得更加精确,实船的螺旋桨效率约提高2%;船体艉部振动约减小5 dB。     

海事40 m级巡逻船理论螺旋桨设计应用分析

运用升力线、升力面以及面元法理论为海事40m级巡逻船设计新型螺旋桨。采用给定环量分布进行螺旋桨理论设计,并通过桨模敞水试验和实桨装船后的实船测试验证该桨的理论设计方法。实船测试主要通过2条相同船型的实船,分别加装图谱桨和理论桨进行航速、轴功率、艉部振动对比测试,用实船试航的试验数据对比分析理论桨相对图谱桨的性能指标。结果表明：采用理论方法设计的螺旋桨相对原来的图谱方法,与船型匹配得更加精确,实船的螺旋桨效率约提高2％;船体艉部振动约减小5dB。     

空泡螺旋桨升力面理论设计方法

本文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在设计的第一阶段，基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的一元超空泡翼型性能，应用娄勃氏诱导因子方法升力线理论初步确定空泡螺旋浆的几何形状，如：桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等。然后，用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的几何形状和性能，并对设计桨进行 ，最后得到考虑了三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。     

冰阻塞参数对螺旋桨水动力性能影响试验研究

针对冰水混合环境下冰阻塞逼近效应对螺旋桨水动力性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞条件下的螺旋桨模型水动力性能试验,测试了冰桨轴向、垂向间距等冰阻塞参数对不同运行工况的螺旋桨模型水动力性能影响。试验结果表明,冰阻塞物一方面改变流场特征直接影响螺旋桨模型推力和扭矩,另一方面改变桨叶的空泡特性进而影响水动力性能。在无空化状态,随着垂向和轴向阻塞逼近程度的加深,在冰阻塞环境螺旋桨模型推力系数相比于均流可产生40%和20%的增加;而在桨叶严重空泡的重载状态,螺旋桨水动力随冰桨间距的变化不明显,桨叶的空泡效应减缓了冰阻塞效应的影响程度。     

螺旋桨空泡与脉动压力及振动特性研究

为了提高螺旋桨效率,在船舶螺旋桨设计中通常会增大桨叶梢部载荷。桨叶在旋转过程中不断地重复进入和退出船体尾流场,使得梢涡空泡容易发生猝发(bursting)现象;另外由于尺度效应的存在使得梢涡空泡在实船螺旋桨上比模型试验观测到的更为强烈,猝发现象更容易发生并且更为剧烈;当梢涡空泡猝发产生时将引起脉动压力高阶量或宽带谱的增大,从而引起相应的船体振动或严重的噪声。本文通过对3 600箱集装箱船实船螺旋桨梢涡空泡猝发现象与脉动压力、振动等特性关系的分析,研究了螺旋桨梢涡空泡猝发引起的脉动压力高阶量或宽带谱特性以及相应的振动等特性。结果表明:船体振动宽带谱特性与螺旋桨梢涡空泡的猝发有关;螺旋桨梢涡空泡猝发引起的船体振动高阶量特性比脉动压力高阶量更为强烈。     

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。     

Kappel桨与传统螺旋桨噪声对比试验北大核心CSCD

为检验Kappel桨的噪声性能,在海军工程大学空泡水洞进行背景噪声测量及2种桨模噪声对比试验。本次试验共设计16组工况,分别测量2种桨在无空泡和有空泡时的噪声。由测量结果分析可知,海军工程大学空泡水洞的声学性能满足试验要求,噪声信号在1-20 k Hz范围内可获得较高的信噪比。无空泡时,Kappel桨与传统桨的辐射噪声相当;在相同转速空泡数σn下,Kappel桨的空化辐射噪声高于传统螺旋桨的,同时观察其空泡形态,与传统螺旋桨相比Kappel桨的空泡形态要为剧烈,表明在空泡性能方面Kappel桨要低于传统螺旋桨,在Kappel桨的设计过程中应综合考虑螺距与拱弧的关系以改善Kappel桨的空泡性能。     

非均匀伴流中复合材料螺旋桨非定常空化流固耦合研究

复合材料可改善螺旋桨空化性能及振动特性,在先进海洋推进装备领域备受关注。本文基于URANS计算复合材料螺旋桨外流场,应用FEM求解桨叶结构动态响应,并将水动力载荷及结构变形实时双向传递,建立复合材料螺旋桨非定常空化流固耦合数值计算方法。精细地模拟了桨叶经过高伴流区过程中叶梢空泡的演化;叶梢最大变形量随着叶梢空泡的初生、发展而逐渐增大,在梢涡空泡形成阶段达到最大值,然后随着空泡的溃灭而减小;揭示了复合材料的应用使螺旋桨推进效率得以提高、叶梢空化得以抑制的机理,即复合材料螺旋桨在空化水动力载荷作用下产生弯扭耦合变形,自适应地调整攻角以抑制空泡发展;对比了典型空化工况下复合材料与刚性金属螺旋桨空化水动力性能的区别;与刚性金属桨相比,复合材料螺旋桨的压力脉动峰值缓和,对非均匀伴流场的适应性更好。     

Kappel桨与传统螺旋桨噪声对比试验

为检验Kappel桨的噪声性能,在海军工程大学空泡水洞进行背景噪声测量及2种桨模噪声对比试验。本次试验共设计16组工况,分别测量2种桨在无空泡和有空泡时的噪声。由测量结果分析可知,海军工程大学空泡水洞的声学性能满足试验要求,噪声信号在1~20 k Hz范围内可获得较高的信噪比。无空泡时,Kappel桨与传统桨的辐射噪声相当;在相同转速空泡数σn下,Kappel桨的空化辐射噪声高于传统螺旋桨的,同时观察其空泡形态,与传统螺旋桨相比Kappel桨的空泡形态要为剧烈,表明在空泡性能方面Kappel桨要低于传统螺旋桨,在Kappel桨的设计过程中应综合考虑螺距与拱弧的关系以改善Kappel桨的空泡性能。