艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报

[目的]螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声控制的重点和难点,因此有必要开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究。[方法]以SUBOFF潜艇和DTMB 4383桨为计算对象,结合大涡模拟湍流模型和无限元方法,分析潜艇非均匀伴流场中螺旋桨激振力的变化规律,以及螺旋桨对潜艇表面压力场的影响。采用ACTRAN声学计算软件对艇桨一体的水动力噪声性能进行数值预报。[结果]计算结果表明:螺旋桨激振力的各个分量具有相同的脉动频率,脉动峰值以一阶叶频处为主,同时水平力脉动和垂直力脉动大于推力脉动;潜艇艏部、指挥台、艉翼及螺旋桨叶梢部位均存在局部高压区,这是水动力噪声的主要贡献点;艇桨一体的水动力噪声主要集中在低频段,随着频率的增加,其蝶形分布更加明显;与无桨全附体潜艇相比,带桨潜艇特征点的声压值急剧增加,对其辐射声场的影响较大。[结论]研究成果可为艇桨一体的螺旋桨设计提供参考建议。     

附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。     

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

潜艇艉部伴流场,螺旋桨激振力研究

本文通过对单桨“十”字形艉潜艇艉部伴流场、螺桨激振力的分析研究，揭示了其艉部伴流场的分布规律。     

双臂轴支架的剖面形状和安装角度对船舶伴流场的影响

水面船舶的艉部附体不但影响船舶阻力,而且对螺旋桨盘面处的伴流场也会产生较大影响。以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,不考虑自由液面的影响,采用RANS方法对船体带附体的三维粘性流场进行数值模拟,重点分析双臂轴支架的剖面形状和安装角度的变化对船舶粘性阻力和标称伴流场的影响。经研究发现,依据轴支架前方流场速度矢量的方向来确定双臂轴支架的安装角度是工程上比较实用的做法。     

不均匀流场中串列螺旋桨的空泡、激振力分析

本文基于普通螺旋桨的准定常理论和有关空泡、激振力的理论,发展了不均匀流场中串列螺旋桨空泡、激振力的一个计算方法。主要内容包括:Sasajima加权平均对周向不均匀流场的处理;计及前桨尾流收缩影响的串列螺旋桨正问题计算;轴承力和表面力的谐调分析;前、后桨一对叶片推力偏心的计算和推力、扭矩脉动的谐调分析计算;前、后桨叶剖面空泡长度和面积计算;前、后桨对空间一场点脉动压力的计算。本文还计算了同一伴流场中负荷相同,但叶错角和前、后桨螺距匹配情况不同的串列螺旋桨空泡长度。结果表明:不同的叶错角和不同的螺距匹配对串列旋桨的空泡长度有明显的影响。本方法对不均匀流场中串列螺旋桨的设计以减少激振力有一定的实际意义。     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。     

潜艇指挥台围壳优化设计方案研究

文中主要计算研究了带有不同水平位置、高度及外形下的潜艇指挥台围壳的全附体SUBOFF潜艇模型,采用求解RANS方程的CFD软件的数值计算方法,对不同方案模型进行了数值计算,保证各工况间网格的相似性,横向比较各方案的计算结果。研究指挥台围壳部分与整体的阻力情况,指挥台围壳对其后方流场及螺旋桨盘面处的伴流场的影响情况,经综合比较得到最优的围壳设计方案。     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象，在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场，通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态，并与实桨对比，就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

艇模水下伴流测量方法试验

对某艇模进行水下快速性试验,分析得到其自航状态下的实效伴流分数,采用三维伴流测试系统对其艉流场进行伴流测量,得到其标称伴流及三向伴流分布。结果表明,艇模桨盘面处伴流以轴向伴流为主,内半径在艉舵之间产生了范围较大的轴向高伴流区,而外半径在舵后产生了范围较小的小伴流峰,且由于螺旋桨的抽吸作用,导致桨盘面处流速增大,因而实效伴流小于标称伴流。     

柴油机船推进轴系装置轴向振动

一、激振力柴油机船推进轴系发生轴向振动的激振力,系来自作用于主机曲轴曲柄销上的燃气压力及不平衡惯性力的各次简谐分量,也来自工作于船艉部高非均流场中的螺旋桨周期性变化的推力。螺旋桨处伴流的周向变化导致扭矩和推力发生周期性脉动,使推进轴系沿轴向产生振动。根据国外船模试验及有关研究结果,对于偶数叶片和奇数叶片螺旋桨以及广泛采用的4     

船尾桨前垂向整流鳍的减振机理研究及其应用

文章认为在船尾型线设计中若不考虑横剖线的UV度、各水线去流角大小等对船体振动的不利影响,很可能会导致艉部水流异常;螺旋桨盘面处非定常及分布不均匀的艉流将直接导致船体剧烈振动.针对发生了该类有害振动的船舶,介绍一种安装于船尾的垂向整流鳍.通过引用水动力不平衡导致螺旋桨激振力产生的基本原理,探讨垂向整流鳍整流使螺旋桨盘面处原艉流场发生有利改变的实质,揭示船尾桨前垂向整流鳍的减振机理.以实例说明该整流鳍在消除该类振动方面的突出效果.     

舵对螺旋桨线谱噪声的影响

为比较不同舵形状时潜艇螺旋桨的线谱噪声变化规律,建立非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法,通过CFD方法数值模拟X形舵和十字舵潜艇的非均匀速度场,对两种流场条件下七叶侧斜桨的辐射线谱噪声进行数值预报。结果表明,X形舵潜艇所产生的线谱噪声幅值比十字舵时要大,尤其体现在高阶叶频处。     

潜艇新型整流方法的设计与试验研究

潜艇桨盘面处伴流的不均匀性是造成潜艇螺旋桨在旋转过程中产生振动和噪声的重要原因。分析了潜艇桨盘面伴流场,认为潜艇马蹄涡是影响伴流不均匀性的关键因素。基于对潜艇马蹄涡产生机理的分析,提出运用整流片来削弱马蹄涡的影响、降低潜艇桨盘面伴流不均匀性的尾流控制方法。开展了潜艇模型尾部伴流风洞测量试验,试验结果显示整流片能够使潜艇桨盘面伴流不均匀性下降30%至50%,证明了整流片的尾流控制效果,展现了整流片广阔的工程应用前景。     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

CFD在潜艇艉附体与艇体连接形式研究中的应用

艉附体与主艇体的不同交接形式对艉流场有较大影响，通过设计三种不同交接形式，用理论计算求得各个流场分布，分析不同的连接形式对螺旋桨盘面处流场的影响，得出了与试验结果相吻合的结论。     

消涡整流片对潜艇马蹄涡的控制及其与辅翼效果的比较

潜艇桨盘面伴流是潜艇螺旋桨的进流,其周向均匀性与螺旋桨的振动与噪声直接相关。文章在阐明潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇伴流影响和消涡整流片的作用原理的基础上,针对SUBOFF模型的几何特点,设计了一套消涡整流片,运用分离涡方法计算了消涡整流片对桨盘面速度分量周向不均匀性的抑制作用,并与辅翼的整流作用进行了比较,结果表明,消涡整流片效果相对较好,可使周向不均匀性下降50%～80%,且整流片的整流效果具有较好的稳定性。     

大方型系数船舶球尾线型的设计与性能

球尾线可以获得桨盘面处周向分布较均匀的伴流，不仅提高了推进效率，取得良好的节能效果，而且可以减少螺旋桨的激振力，从而改善尾部振动，本文以典型的１５００００ＤＷＴ苏伊士运河最大船型开发为例，就单球尾艉型的设计，讨论了球尾线型的性能及节能效果，以提供设计者参考。     

某油船漩涡发生器的伴流场和激振力数值分析

某型苏伊士油船尾部流动分离明显,舭涡较强,桨盘面伴流均匀性较差.通过对该船尾部流场进行数值分析,开发、设计了漩涡发生器装置,以改善桨盘面伴流均匀性,降低船体尾部振动.对安装该装置前后的该油船的伴流、激振力性能进行对比计算,分析该装置的流场适配性,并进一步对船体尾部激振力数据进行傅立叶分析,验证该装置的减振效果.     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源。潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动。目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法。在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义。