串列螺旋桨的简化理论设计方法

本文提出了一个串列螺旋桨的简化理论计算方法。利用升力线理论并分析诱导速度在自由涡片间的变化规律,算出前、后浆的干扰作用,求得它们各自作为敞水普通螺旋桨的相当无穷远来流速度(对后桨,考虑了前桨尾流收缩的影响),再利用普通螺旋桨的敞水性征曲线来计算串列螺旋桨的水动力性能。普通螺旋桨的敞水性征曲线可以根据环流理论计算,也可以从敞水试验获得。 本文给出了计算串列螺旋桨正问题和反问题的电子计算机程序流程框图及算例,结果证明理论和试验比较一致。     

基于模型的导管螺旋桨水动力性能研究

以某拖网渔船设计的导管螺旋桨和普通螺旋桨为研究对象,通过模型加工、敞水试验,计算并绘制其敞水性征曲线,比较分析两桨的水动力性能,得出导管螺旋桨优良的推进性能。即拖网渔船如采用导管螺旋桨作为推进器,可以达到节能的效果。     

串列螺旋桨设计方法

本文介绍了我所关于串列螺旋桨的部分研究成果,包括五个系列敞水试验曲线和一个半理论计算方法。为了便于应用,串列螺旋桨的试验曲线已制成(B_P)~(1/2)-δ形式的设计图谱。计算方法是籍助升力线理论算出前、后桨的干扰作用,得到作为一个单独螺旋桨的相当无穷远来流速度,再利用普通螺旋桨的敞水性征曲线来计算串列螺旋桨的水动力性能。这个方法是有效的,它和模型试验结果相当一致,而且既能算串列螺旋桨的正问题,也能算其反问题;同时它又很简单,避免复杂的数学运算,不仅小型电子计算机可算,甚至能手算,可以为一般工程技术人员所用。     

混合对转推进系统水动力性征数值研究

[目的]为研究混合对转推进系统的推进性能,[方法]采用滑移网格方法,分别对螺旋桨、吊舱推进器、混合对转推进系统的水动力性征进行数值模拟,分析混合对转推进系统中各推进成分相对于其单独工作时的水动力性征差异,研究混合对转推进系统中各部分之间的相互影响规律。[结果]结果表明:在混合对转推进系统中,后桨对前桨的抽吸作用导致前桨推力系数、转矩系数、敞水效率随进速系数的减小而减小,与单独螺旋桨的变化趋势不同;吊舱和桨毂的阻塞效应以及前桨非定常尾流对后桨的干扰作用,导致后桨推力系数、转矩系数及敞水效率与单独吊舱推进器的结果不同;混合对转推进系统效率低于单独螺旋桨,未能体现后桨对前桨尾流的吸能作用,因此在混合对转推进系统的设计研究工作中,需要进一步考虑前、后桨几何参数的匹配问题。[结论]研究结果可为混合对转推进系统的优化设计和工程应用提供参考。     

对转桨定常面元法水动力性能预估

提供了一个计算对转桨的基于速度势的定常面元法,前桨和后桨之间的相互干扰是通过二者的诱导速度场周向平均化后迭代实施的.采用了一个简化的螺旋桨尾涡模型,来模拟前桨和后桨尾涡片的扭曲变形.算例计算结果表明,该方法可以有效地应用于对转桨定常水动力性能的预估.     

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。     

导管螺旋桨空泡性能系列试验研究

作者对D系列导管螺旋桨进行了均匀流场的空泡筒试验,共进行了两种盘面比的四叶D系列螺旋桨(A_E/A_O=0.7,1.0)与两种厚度比的导管BD15及BD12(t/L=0.15,0.12)相配合的试验研究。试验发现,导管螺旋桨的空泡性能有着与常规桨不尽相同的规律,对给定的空泡数σ_v,分别存在第一阶段空泡与第二阶段空泡的临界总推力负载系数(C_(ThT))的最大值。作者用各种导管螺旋桨的筒壁效应修正方法进行了计算分析,并建议可采用等C_(Th)法修正。本文例举了上述导管螺旋桨系列试验结果的部分回归系数、空泡性征曲线、权衡设计图谱及空泡限界线。     

螺旋桨在规则波中推力和转矩变化的研究

本文叙述了敞水螺旋桨在规则波中有纵摇升沉运动情况下进行的模型试验,得到了在一定航速和不同波浪频率时螺旋桨推力和转矩随进速系数变化的性征曲线,给出了它们之间的关系式,可供初步估算。试验结果表明螺旋桨在波浪中的推力和转矩值均大于静水值。本文还利用三维 Green 函数法,以汇盘代替螺旋桨计算了桨在规则波中运动时的敞水水动力性能,并与模型试验比较,结果吻合良好。最后,计算了桨轴浸深对波浪中敞水桨推力和转矩的影响。     

基于CFD法的对转螺旋桨敞水性能参数匹配研究

摘要：采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS)法对B型螺旋桨和对转螺旋桨周围的粘性流场进行数值处理,运用Pro/E和GAMBIT软件分别进行三维建模和网格划分,并采用ORIGIN和TECPLOT后处理软件对结果进行图像处理。分析研究湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响,对对转桨进行数值计算验证,同时对其敞水性能参数的匹配问题进行探讨,分析其尾流和速度场的变化情况。结果表明：SST 模型为较佳的湍流模型;对转桨在适当的桨距比和直径比的情况下,后桨可充分吸收前桨的尾涡能量,其推进效率明显提高。     

基于CFD的对转螺旋桨水动力性能分析

基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法,利用SolidWorks和Ansys分别进行螺旋桨建模和水动力计算。在3种不同的湍流模型下分别计算螺旋桨的敞水性能,结果表明SST k-ω模型与试验值贴合较好,为最佳湍流模型。通过对对转桨的桨距比和直径比的研究,得到两者的最优值,在该情况下对转桨的敞水效率最高,并通过尾流分析做了验证。为了比较对转桨与等效单桨的水动力性能,建立了等效单桨模型,在相同的功率系数下做比较,结果表明对转桨在效率提升方面具有明显优势。     

吊舱推进器及其螺旋桨的敞水性能估算

对影响吊舱推进器螺旋桨性能的因素进行了分析,提出应用常规螺旋桨图谱估算POD桨敞水特性曲线的方法,根据已知POD桨的敞水特性资料,通过保持盘面比不变改变螺距比迭代计算得到等效常规螺旋桨,根据得到的螺距比变化规律和常规桨图谱,设计POD桨和估算其敞水特性,并给出算例。     

船舶艏侧推器推力减缩试验与数值计算研究

论文以艏侧推桨为研究对象,用研制的专用动力仪在循环水槽中对艏侧推器螺旋桨进行了敞水试验和带船模艏侧推器的水动力性能试验。采用有限体积法,通过求解非定常RANS方程对艏侧推器螺旋桨敞水以及艏侧推器槽道流场进行了数值模拟,得到了螺旋桨的敞水性征曲线和船舶不同迎流角下艏侧推器的推力系数。将艏侧推器螺旋桨敞水性征曲线以及艏侧推器推力系数结果与试验结果对比,对比结果表明数值模拟能够较好地计算艏侧推器的水动力性能。由于康达效应和桨之间干扰的存在,艏侧推器存在推力减缩,某些流向角下艏侧推器的推力减缩幅度超过20%;此外,数值模拟也给出了康达效应的流场细节。论文结论可作为艏侧推器设计的重要参考基础,对指导工程实践具有重要参考价值。     

大型船舶混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性研究

对一艘75kDWT油船的裸船体阻力在采用常规桨和混合吊舱对转桨这两种情况下的水动力性能进行了CFD评估,从船-桨-舵受力、自航因子以及船后尾流场等方面进行对比,分析对转桨与船体相互干扰特性。计算结果表明,设计航速工况下,采用混合吊舱对转桨推进方式较单桨推进方式时的船后螺旋桨收到功率下降16%左右。这主要是因为对转桨的扭矩较单桨低,且对转桨推进方式下的船身效率和螺旋桨敞水效率较单桨高。     

桨后整流支架的设计方法

简要分析了桨后整流支架的特点及其一般设计原则,以及基于动量理论、叶素理论和理想螺旋桨理论阐述了桨后整流支架的设计方法,最后给出了一个基于该设计方法的设计实例,并将本设计方法的计算结果与试验结果进行了分析比较,进一步验证了该方法的可行性。     

螺旋桨无键过盈安装应力数值分析

针对螺旋桨无键过盈安装后桨-轴应力数值计算问题,运用弹性力学理论和ANSYS有限元法进行应力的数值计算。通过理论值与仿真值的对比分析表明:桨-轴应力的仿真值比理论值略大,理论值与仿真值具有较好的一致性;Ansys有限元法考虑了接触边缘区域存在应力奇异性、桨-轴存在轴向应力和螺旋桨外表面存在径向应力的情况,比运用弹性力学理论求解更加准确可靠;通过桨-轴应力计算可以证明过盈量选取的合理性,为检验螺旋桨无键过盈安装的可靠性提供理论基础。     

双体导管螺旋桨系列试验研究

为了提高导管螺旋桨的效率、推迟水流从导管后缘内表面的分离,根据襟翼增举的原理,作者设计了一套后缘开缝襟翼剖面双体导管。初步试验后选择JD11、SD11两个双体导管与15只荷兰船模试验池的Κα系列螺旋桨相配合进行了敞水试验。根据试验结果;分析了双体导管及螺旋桨的一些主要参数对敞水性能的影响。同时,给出了敞水效率较高的SD11 Κα桨系列的敞水性征曲线、回归多项式及(1/2)B_p～δ图谱。     

多桨船舶自航因子数值预报

以某四桨水面船舶为研究对象,基于RANS方法和滑移网格技术,建立船、附体和螺旋桨整体计算模型,并运用小范围改变螺旋桨转速的方法和前后桨分别计算的方法预报该船的自航因子。结果表明：四桨船舶内、外桨的自航因子并不相等,内后桨的实效伴流分数和推力减额分数均比外前桨的大;提出的方法计算结果可靠,能够体现四桨船舶自航因子的差异性,并且符合推力减额与伴流关系的一般规律,可为多桨船舶的自航试验提供依据。     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法(CFD),结合RNG湍流模型和动参考系计算模型(MRF),对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法（CFD）,结合 RNG湍流模型和动参考系计算模型（MRF）,对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

对转桨适伴流设计方法研究

为了实现节能的目标,提出了一种高效对转桨适伴流设计方法。首先,通过船模试验获取某集装箱船船后桨盘面处的标称伴流,对应的实船伴流则通过ITTC提供的经验公式换算获得。采用螺旋桨环流理论分别对前桨和后桨进行实桨适伴流设计,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,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,该方法设计的对转桨同设计的单桨相比效率可提高12.09%。