直尾舵的水动力性能分析研究

船舶操纵性主要通过性能优良的舵保证.研究开发性能优良的舵型,改善舵的水动力性能,对提高船舶操纵性十分重要.通过研究,本文提出一种新型实用的直尾舵,它是在普通流线型舵的后缘加装一块平直的尾板而成,称之为直尾板.基于CFD软件Fluent计算了舵球舵、制流板舵、鱼尾舵和直尾舵的水动力性能系数,并对比分析了直尾舵的水动力性能优缺点.相比舵球舵和制流板舵,直尾舵的正车水动力性能有较大幅度的提高,比鱼尾舵的水动力性能略差.但是,直尾舵的倒车性能优于鱼尾舵和制流板舵.因此,直尾舵属于正车、倒车水动力综合性能最好的组合舵.     

关于变翼舵的试验设计问题

本文作者以长江540马力(397千瓦)推轮作为试验研究对象,设计了变翼舵的选型试验、制动力测定试验、表观制动效果试验、对推轮正航操纵性影响试验以及敞水舵水动力测定试验;从试验结果出发,对变翼舵和其他舵型的性能作了广泛的比较和分析。从而肯定了变翼舵改善船舶性能的可能性;也肯定了变翼舵改善船舶正航操纵性的可能性;并指出用变翼舵改善船舶的制动性能有其独特的优点——航速越高,其制动效果越好。这就为进一步提高高速舰船的机动能力开拓了一条新路。     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

进江船型半悬挂舵升力性能优化

针对进江船型操纵性要求较高而半悬挂舵升力性能较低的问题,基于CFD方法,采用翼型优化设计、制流板优化设计、随边直尾化设计3种技术措施对一型“曼谷型”集装箱船的半悬挂舵进行升力性能优化。对比升力系数和阻力系数计算结果;考察舵面流动和端部流动,分析增升原因;结合阻力因素考虑,确定实船应用的优化舵系方案。结果表明：3种技术措施均可有效提高半悬挂舵的升力性能。通过对比原船型和目标船型的操纵性试验结果,验证了实船应用的优化舵系对于改善目标船型操纵性的作用。     

基于CFD的高效舵多方案优化设计

为了提高某型船的操纵性,以提高升力系数为目标,综合考虑布置、强度和可加工性因素,对其舵系进行优化设计;应用CFD方法,模拟舵系在不同攻角下的三维流场,分析翼型最大厚度位置、加装制流板措施以及随边高效化设计对舵效的影响,得到舵效较优的设计方案。在此基础上,通过模型试验对比优化前后的舵系水动力性能,结果表明,采用高效能措施设计得到的舵系,在相同舵角下具有较高的升力系数。     

船舶尾板振动性能研究

船舶尾板能改善艉部伴流,是提高船舶航速的有效措施之一。本文通过应用有限元法和流体边界元法对船舶尾板的振动性能作较全面的分析研究,从而了解尾板自身的振动特性以及尾板对船体结构振动响应的影响,为尾板的设计提供结构动力性能方面的依据。     

制流板对舵性能的影响

本文根据交大水池进行的敞水舵试验结果,分析了制流板对舵性能的影响,并给出了舵在安装制流板后的升力系数、阻力系数、扭矩系数及压力中心系数的计算公式或曲线。文中所提供的有关资料,不仅适用于通常的船舵,而且也可用于计算升降舵、减摇鳍等安装制流板后的水动力性能。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点。在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵。本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.