Numerical calculations of propeller shaft loads on azimuth propulsors in oblique inflow

This paper evaluates various computational methods used to compute propeller performance, hydrodynamic side force and bending moment applied to an azimuth propulsor propeller shaft in oblique inflow. The two non-viscous models used are the BEM method and the blade element momentum theory (BEMT). RANS calculations are used to compute the loads on the propeller and the nominal wake velocity from the thruster body to be used in the BEMT model. The effect of the ship hull is also considered in the calculation by implementing the measured nominal wake of a ship hull at different propeller azimuthal positions. All the models are compared and validated against the experimental results, and the discussions are presented.     

Experimental study on hydrodynamics of L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry (PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

论文研究了冰载荷下船舶螺旋桨的强度问题。基于冰载荷经验公式和五种典型计算工况,利用有限元法进行了冰载荷下螺旋桨的强度分析。建立了一种冰/桨叶碰撞计算模型,对碰撞过程中接触力的变化及螺旋桨的动态响应进行了研究。计算结果可供螺旋桨结构设计时参考。     

L型吊舱式推进器直线运动和非设计工况下水动力性能的试验研究（英文）

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry(PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

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。     

基于CFD的拖式吊舱推进器斜流状态下数值模拟

采用FLUENT软件计算了某拖式吊舱推进器在直航以及斜流状态下的水动力性能.采用滑移面网格方法以模拟桨叶、支架、以及舱体之间的非定常干扰.文中首先计算了直航时不同进速系数下的桨叶推力系数、扭矩系数,并与实验结果进行了对比.计算了在不同斜流角(15°、30°、45°)、不同载荷系数时桨叶本身的推力系数、扭矩系数、侧向力系数与直航时(0°)的比较.文中还讨论了支架、舱体在直航以及不同斜流角时的侧向力问题,并将其大小与桨叶本身产生的侧向力进行了比较,部分计算结果与已有的实验值进行了比较、分析.     

某小型自航绞吸挖泥船快速性研究

为了研究如何在恶劣条件下保障小型自航绞吸挖泥船快速性,文章采用数值模拟的方法,在船-桨系统下对某自航绞吸挖泥船进行快速性研究,论述了船首槽道尺寸对阻力的影响,船体、导管螺旋桨水动力性能受桨轴浸深影响的变化规律,并设计出推进器的优化使用方案。     

不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性.试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能.     

对转舵桨水动力性能理论分析

为了对对转舵桨水动力性能进行计算分析,文章采用低阶速度势面元法建立了对转舵桨水动力性能理论迭代预报模型。对转舵桨的前桨、后桨和吊舱单元之间的相互扰动通过诱导速度来考虑,诱导速度由面元法计算获得。为了对对转舵桨性能进行对比分析,文中采用同样的预报模型对相应常规单桨水动力性能进行了计算,该单桨与对转舵桨在设计工况下能够提供相同的推力。实例计算结果表明,在提供相同推力的条件下,对转舵桨相对单桨收到功率可降低8.03%。与单桨相比,对转舵桨尾流周向诱导速度明显减小,其尾流旋转能量得到有效回收。     

船舶艉轴承的工作特性分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,并利用有限元软件ANSYS建立轴系横向振动的有限元模型,并分析船舶艉轴承发生磨损的原因。如果艉轴承支撑位置安装不当以及螺旋桨激励力的影响,会使轴承负荷分配不均,引起超负荷轴承的过度磨损。而艉轴承的过度磨损则会引起其支承长度的变化,不同位置轴承支承长度的变化对轴系固有振动特性的影响也不同。     

基于 CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能

基于粘性流体理论,采用CFD技术数值预报双桨式吊舱推进器的敞水水动力性能。通过对某单桨吊舱推进器进行数值模拟,并与实验值进行比较,验证数值计算方法的准确性。最后数值计算了双桨式吊舱推进器在不同偏转角时的水动力性能,通过数值计算、结果比较和特性分析,计算结果呈现出一定的规律性,达到了给出双桨式全回转吊舱推进器数值预报的方法和一般性规律的目的,可以对此类推进器水动力性能的预报提供参考。     

吊舱推进器水动力性能研究

本文应用CFD方法,对某L形吊舱推进器在敞水中的直航(长航)及斜航(机动)水动力性能进行数值模拟与分析研究。分别采用多参考系准定常模型、混合面定常模型及滑移网格非定常模型进行了计算,比较了不同计算模型对推进器水动力预报结果的影响,并分析了水动力(矩)及流场随舵角的变化规律。     

浸没式喷水推进自航试验及数值模拟

浸没式喷水推进器与船体高度融合,难以通过试验的方法测量推进器各部件受力,因此文中采用船模水池试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。该文首先开展了船模拖曳阻力试验,测量了船模阻力、纵倾角及重心升沉。然后开展船模自航试验,测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数据。基于CFX软件,对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。在四个不同航速下的数值模拟中,阻力计算误差在3.7%以内,轴推力计算误差在2.7%以内,轴力矩计算误差在4.6%以内,试验测量值和CFD预报值吻合较好。通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况,泵的流量、扬程及其它流场信息,克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。     

冰区航行船舶推进轴系扭转振动研究

本文以低速柴油机船舶推进轴系为研究对象,在对4叶螺旋桨单片桨叶与冰块相互作用激励力矩时域曲线基础之上,得到螺旋桨与冰块作用的总激励力矩时域曲线和频域曲线；采用集总参数法和系统矩阵法分别构建轴系振动模型和振动方程,对未考虑冰载荷和考虑冰载荷激励力矩作用下进行了轴系振动理论计算；同时通过实船测试验证了未考虑冰载荷激励力矩作用时振动数学模型和理论分析方法的正确性,对降低船舶轴系振动和提高船舶安全性具有一定的理论指导意义。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

吊舱式CRP推进系统理论设计研究

采用螺旋桨旋涡理论和低阶速度势面元法对吊舱式CRP进行适伴流设计。在吊舱给定的前提下对前后桨进行升力线设计和升力面修正,吊舱与前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,并采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,采用该方法设计的吊舱式CRP系统与设计的单桨相比,其效率可提高8.533%,设计吊舱式CRP尾流周向诱导速度明显小于单桨时的速度。     

Hydrodynamic loads on ice-class propellers during propeller-ice interaction

Hydrodynamic loads on a propeller blocked with simulated ice were studied using a cavitation tunnel. Comparative predictions were made using a panel method. The propeller was a model of the Canadian Coast Guard's R-class icebreake propeller, and the ice block was simulated using a solid blockage. Experimental results show the open water performance of the propeller, its performance behind a blockage, and the effects of cavitation in these conditions, as well as the loading on the simulated ice block. Panel method predictions were made of the time series propeller performance in the blocked flow. Cavitation during propellerice interaction resulted in a reduction of mean suction load on the ice block. Block load measurements indicated an increase in the oscillation about the mean value of the loads, with a variation in the phase of the loading with respect to blade position as compared with the non-cavitating results. Comparisons of panel method results with the measured block loads support the reliability of the dynamic measurements.List of symbols D propeller diameter - F block drag load - K _T thrust coefficient,T/(n ² D ⁴) - K _B block load coefficient,F/(n ² D ⁴) - K _Q torque coefficient,Q/(n ² D ⁵) - Q propeller torque - T propeller thrust - n propeller rotational speed - J propeller advance coefficientV _A/(nD) - P _A ambient pressure at propeller - P _ATM atmospheric pressure - P _V vapour pressure of water - V _A propeller advance speed - dissolved gas content - _s saturated dissolved gas content at atmospheric pressure - _o open water propeller efficiency - cavitation number, (P _A –P _V )/(0.5(nD)²) - density of water     

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。     

基于CFD方法分析端板对摆线推进器性能的影响

文章基于FLUENT求解器,对摆线推进器叶稍末端加装端板前后水动力性能变化进行研究。根据摆线推进器工作中的旋转规律,编写相应UDF控制程序,运用滑移网格技术进行数值模拟。采用结构网格与非结构网格相结合的方式对模型进行计算,分析水动力性能及叶稍涡的变化。计算结果表明,摆线推进器加装端板较未加前的水动力性能更优、叶稍涡强度得到减弱和转矩振荡系数减小。因此在摆线推进器叶片末端加装端板,可提高推进器性能,工作更具安全、稳定性。