船舶螺旋桨设计杂谈——船舶推进设计

介绍了和分析船舶螺旋桨设计中船体自航因子成因，实质，取值与船舶快速性设计结果的风险性关系，以及如何由船舶试测试数据分析自航因子等；又从设计的合理性，科学性出发，提出了和解释了船舶推进系统分析设计的新观念。     

关于单螺旋桨潜艇的倒车偏航分析

本文基于对艇体和螺旋桨在潜艇倒航时所受的水动力分析,阐明了单螺旋桨潜艇后退时所受到的偏航力以及方向舵舵效降低的原因,提出了相应的控制的方法。     

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。     

基于数值仿真的螺旋桨盘面比对船舶自航因子影响分析

以KCS船和KP505桨为对象,按照一定缩尺比完成三维模型建立、网格划分、边界条件设置并进行流场求解,将数值计算结果与已有试验结果对比,验证数值计算的准确性。按照已通过验证的数值计算方案对该KCS船完成不同盘面比螺旋桨下自航计算,结果表明在不同盘面比螺旋桨作用下船体阻力变化不显著,推力减额变化不显著,但总推进效率随着桨盘面比增大呈减小趋势。     

多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真

为解决常规船舶螺旋桨物理动力特性仿真在多桨环境下仿真特性分析精度较低的不足,提出了多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真研究。基于多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真平台的搭建,引入多桨动力特性仿真算法,完成多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真模型的构建;依托多桨船舶螺旋桨推进动力特性、受阻动力特性分析,实现了多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真。试验数据表明,提出的动力特性仿真较常规特性仿真方法,仿真特性分析精度提高54.45%,适用于多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真。     

基于多工况船舶的简易导管螺旋桨程序设计

介绍了使用VB语言编制的JD75及JD7704 Ka系列简易导管螺旋桨设计的程序.该程序根据多工况船舶螺旋桨选择设计工况的特点,提供了两种设计模式供用户选择,以此达到选择较佳设计工况的目的;引用AutoCAD对象库提供的方法帮助完成设计过程中的一些计算.     

虚拟现实中的船舶运动仿真

建立了某型船舶平面操纵的运动模型,利用虚拟现实软件Division,构成船舶操纵运动解算模块、运动转换模块等,实时控制并显示船舶的航行姿态,实现了虚拟现实中船舶的运动仿真,有利于研究船舶的可操作性、适航性等特性。     

船用螺旋桨负载特性数字仿真

选取切比雪夫多项式来拟合四象限螺旋桨特性图谱,根据船桨的运动特性建立船桨数学模型,以某电力推进船舶参数为依据,利用Saber与Matlab/Simulink软件各自的特点,对两者进行协同仿真。解决了协同仿真的接口问题,并分析船桨的稳态和动态过程,在船舶的操纵方法上给出了建议。     

船舶运动仿真系统的开发

为了研究船舶运动响应可视化的问题，将虚拟现实技术运用到船舶运动中。根据船舶在迎浪状态下纵向运动方程求解纵摇和升沉时的历解，为运动仿真提供原始数据。以MAXSCRIPT语言和VC＋＋为工具，3DSMAX为平台，初步开发了船舶运动仿真系统，并通过了系统测试。结果表明文中建立了一个具有良好交互性、效果逼真的仿真系统，比一般数值模拟更具有说服力，船舶在波浪中的运动仿真已经能够较好地实现。     

船舶单桨工况拖转调距桨性能计算及其对快速性的影响分析

利用CFD方法对某调距桨敞水特性进行数值计算,并利用实验数据对计算结果进行校验。对于该桨各螺距下大进速系数时的敞水性能采用CFD计算结果与二次曲线逼近相结合的方法获得,以适当扩大调距桨的敞水特性曲线在水涡轮工况的范围。建立了某推进装置主机、传动装置、调距桨、船体阻力的数学模型,在Simulink环境下集成为"船-桨-机"推进系统仿真模型。对单桨工况的稳态特性进行仿真计算,着重研究了不工作调距桨自由拖桨时的拖桨阻力。结果表明:1)不工作桨自由拖转时,将不工作桨螺距设定为最大值时拖桨阻力最小,船舶的快速性最好;2)航速和不工作桨螺距是影响不工作桨拖桨阻力的主要因素,航速越高,拖桨阻力、拖桨力矩以及拖桨转速越大;不工作桨螺距越大,拖桨阻力越小,拖桨力矩与拖桨转速先略微增加而后减小至最小值。     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

船舶推进轴系非线性冲击响应仿真

从梁弯曲振动的几何非线性出发,推导了梁单元几何非线性刚度矩阵,建立了恶劣冲击环境下船舶推进轴系非线性冲击动力学仿真模型,提出了该问题的求解方法。最后,通过工程实例验证了该方法的适用性,并通过和线性模型计算结果的比较和分析,验证了该模型的必要性。     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

  目的  在冰区航行对船舶螺旋桨强度的要求很高,因此对不同情况下螺旋桨的强度进行研究十分重要。  方法  基于有限元方法,以Workbench为工具,计算在冰区运行的不同纵倾角螺旋桨不同工况下的应力、应变,并在计算前开展网格收敛性研究。  结果  由分析计算结果可知：冰级越低,螺旋桨桨叶受到的冰载荷就越小,应力、应变也越小;部分工况下螺旋桨的应力、应变变化十分类似;较大的纵倾角对螺旋桨桨叶的应力、应变影响较大。  结论  计算结果可为冰区船舶螺旋桨的强度设计提供参考。     

舰船螺旋桨流体动力学计算

为研究螺旋桨水动力特性,以某船舶螺旋桨为研究对象,基于极坐标系建立水流时变力学模型,并将经典流动控制方程与水流时变力学模型相耦合对船舶螺旋桨水动力特性进行数值研究,获得螺旋桨不同位置处的水动力特性。计算结果表明:离转轴越远,其叶片表面压力系数越大。这是由于距离转轴位置越远,叶片速度越大,其表面水流动力粘度也越大,从而使得压力系数显著升高。     

高海况下的螺旋桨计算机辅助设计研究

螺旋桨是船舶动力系统的关键部件,螺旋桨的设计水平和制造质量直接决定了船舶的性能。近年来,人类对海洋资源的开发程度逐渐提高,高海况下的船舶作业越来越常见,对舰船螺旋桨的质量提出了更高要求。目前,计算机辅助设计制造(CAD/CAM)技术逐渐成熟,在工业领域获得广泛应用。本文首先对舰船螺旋桨的设计要素进行研究,然后建立了螺旋桨的敞水特性方程,最后在UG软件平台上开发了一种高海况下的螺旋桨辅助设计方法。     

船舶倒车停船运动仿真研究

根据Guldhammer和Harvald图谱估算船舶的剩余阻力系数,运用Nordstm模桨系列图谱和换算系数估算船舶的四象限螺旋桨特性曲线,在船舶吃水船长比处于不同的范围时运用不同的方法计算倒车横向力,考虑了舵力和风力对停船运动的影响。运用MMG模型,对"Mariner"轮和"乐荣"轮进行了倒车停船运动仿真试验,并与相应的两船实船试验结果进行了比较,两者基本符合。     

基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构（Planar Motion Mechanism,PMM）运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明：该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y'vvv,N'vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。     

LNG船舶的动力推进器的性能仿真研究

LNG(Liquefied Natural Gas)船是一种专门运输低温液化天然气的大型船舶,运输温度可以低至160℃。LNG船舶的技术含量高、制造功能复杂,同时又具有极高的工业价值,是海上大国的战略研究重点。本文主要针对LNG船舶的结构和功能优化设计,研究动力推进器的主机数学模型、主机力学分析和LNG船舶推进器的热力学分析等内容。