Application of Chebyshev polynomial to simulated modeling

1 Introduction1 The Chebyshev polynomial is widely used in many fields, and is used usually as function approximation in numerical calculation. It is difficult to model the dynamics of propeller across four quadrants, the expression of Chebyshev polynomia…     

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。     

全回转拖轮操纵运动建模与仿真

为提高拖轮操纵模拟器的行为真实感,运用操纵性理论和分离型建模思想,建立全回转拖轮适用于四象限全工况操纵运动的数学模型.通过处理导管桨JD75系列和四象限螺旋桨Nordstrom系列试验图谱后,提出了导管桨四象限推力模型,同时提出了一种适用于全速域的拖轮船体水动力模型.搭建拖轮运动模拟平台,开展一系列操纵性仿真试验,包括速度试航试验、螺线试验、Z形试验、回转试验及停船试验.将仿真数据与Force Techno-logy公司提供的试验数据进行比较分析,一致性良好,表明该模型精度可满足航海上仿真的需要.     

螺旋桨四象限水动力性能数值模拟及应用

在螺旋桨数值模拟领域里,敞水桨四象限(前进中正车、前进中倒车、后退中进车、后退中倒车)的水动力性能研究几乎是空白。本文从桨的几何构建,网格生成,第一、四象限和第二、三象限的不同求解模式及流场特征,第二、三象限推力系数曲线拐点及相应的环流涡,进行了数值模拟和分析。对桨四象限的应用,以制动机动为例进行探讨。     

基于笼型异步电机的螺旋桨负载模拟研究

将笼型异步电机作为螺旋桨负载的模拟电机,通过建立旋转坐标系下的笼型异步电动机数学模型实现了电流在磁场方向和转矩方向的解耦,采用转矩矢量控制策略实现了机械负载模拟电机的转矩闭环控制。在MATLAB/Simulink仿真环境下构建了基于转矩矢量控制的机械负载模拟控制系统的仿真模型,并结合综合考虑船桨相互影响的螺旋桨负载模型进行了某船舶的螺旋桨起动和反转过程仿真研究。正确的模拟了船舶螺旋桨负载的反转特性,并确定所设计系统可以实现了机械负载转矩的四象限模拟,能够应用于螺旋桨等具有可逆性质的机械负载模拟的场合。     

Numerical simulation of the flow about self-propelling tanker models

A time-marching CFD simulation is performed for self-propelling ships. The flow about the hull is simulated by the finite-volume method, and the propeller action is approximated as a propeller disk for which the solution is given by a simplified propeller model. The interaction of two flow models is treated in a time-marching procedure converging towards the steady self-propelling condition. This method is applied to five tanker models, and detailed comparisons are made between the simulated results and corresponding experimental results. It is shown that the flow field in the self-propelling condition is qualitatively well reproduced in the simulation, and the estimated thrust deduction factors for the five hull forms agree well with measured ones. However, the effective wake factors are underestimated, since the Reynolds number in the simulations differs from that in the experiment.     

海事40 m级巡逻船理论螺旋桨设计应用分析

运用升力线、升力面以及面元法理论为海事40m级巡逻船设计新型螺旋桨。采用给定环量分布进行螺旋桨理论设计,并通过桨模敞水试验和实桨装船后的实船测试验证该桨的理论设计方法。实船测试主要通过2条相同船型的实船,分别加装图谱桨和理论桨进行航速、轴功率、艉部振动对比测试,用实船试航的试验数据对比分析理论桨相对图谱桨的性能指标。结果表明：采用理论方法设计的螺旋桨相对原来的图谱方法,与船型匹配得更加精确,实船的螺旋桨效率约提高2％;船体艉部振动约减小5dB。     

紧急制动及紧急向前时螺旋桨绕流的大涡模拟

船舶在港口停泊或在过驳、动力定位作业过程中需要进行复杂的操纵,此时船舶需要在低速非设计工况下实现后退、紧急制动和紧急向前等运动。在这些低速操纵运动过程中,螺旋桨工作于四象限内,由此产生的侧向力会影响船舶的操纵性能。出于安全考虑,需要评估螺旋桨在四象限内的水动力性能。文章基于CFD方法模拟了螺旋桨在四象限内作业时的紧急制动和紧急向前工况,采取LES方法模拟了紧急制动和紧急向前时剧烈的非定常分离流动。对紧急制动工况进行了网格收敛性分析;所得到的推力和扭矩系数与现有的试验值进行了比较,分析了螺旋桨负荷对螺旋桨性能的影响。通过对桨叶表面的压力分布、一些典型平面上的速度轮廓和流线以及推力的频谱特性进行分析,展示了螺旋桨流动的机理。     

螺旋桨负载模拟装置的可行性验证

针对螺旋桨模拟装置的可行性进行了仿真验证.建立了一个带螺旋桨负载的推进系统的数学模型;设计了船桨模型,并结合曲线拟合方法获得了相关数据曲线的函数.在Simulink环境下,建立了整个仿真系统,并进行了动态仿真.通过仿真,螺旋桨负载模拟装置的运行结果与实际的螺旋桨特性基本一致,确定了模拟装置可以模仿船舶推进系统的动态特性,同时仿真程序可为工程实践提供理论支持.     

非定常螺旋桨表面压力面元法计算

本文建立了非定常螺旋桨势函数面元法的理论方法和数值方法，发展了相应的计算机程序，采用通过迭代实现的非线性压力库塔条件，计算了一常规桨和一大侧斜桨的桨叶表面非定压力，并与测试结果及人的计算结果进行了比较。     

无轴轮缘推进器中可拆卸螺旋桨的性能分析

应用FLUENT数值模拟软件对无轴轮缘推进器螺旋桨进行水动力分析,根据实际运行工况需求确定数值模拟的基本方程、湍流模型、初始条件、边界条件、流体域以及网格划分等参数,建立相关数值模拟模型,计算出不同桨叶数目的螺旋桨在一定进速条件下的桨叶压力分布状况及螺旋桨推力与扭矩,并与常用经验公式计算结果进行比较,验证了无轴轮缘推进器螺旋桨有限体积元模型的正确性。研究结果可为该类型螺旋桨的优化设计提供理论支持。     

船用螺旋桨鸣音的研究

本文根据某船螺旋桨的噪声测量和激振试验结果,描述了螺旋桨鸣音的特点和产生鸣音的机理。 为了预报实桨的鸣音,按照作者提出的模拟条件,在空泡水筒中进行了模型试验。 文中还提出了几种消除鸣音的方法。经实船试验,证明这些方法是有效的。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

带附体潜艇绕流场数值计算与验证

采用κ-ε湍流模型和有限体积法用求解RANS方程的方法,对全附体的SUBOFF AFF-8潜艇模型三维粘性绕流场进行了数值模拟计算.一种结合增强型壁面函数的两层模型被采用,以便在近壁区域采用精细网格来模拟边界层内的流场流动特征.给出了雷诺数Re=1.2×107下模型表面纵中剖面线上半部分压力系数与摩擦阻力系数的分布,以及指挥台围壳与尾翼表面不同高度处的压力系数分布,同时计算了桨盘面处的尾流速度分布,并与有关文献给出的实测值进行了比较和验证,分布趋势基本一致,较相关文献给出的计算结果有相当大的改进,此外从指挥台围壳与尾翼后的速度矢量图观察到了与有关文献相同的涡旋流场结构,从而验证了该数值方法的有效性,为潜艇概念设计中评价设计方案优劣提供了重要的技术手段.     

水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析

运用计算流体力学方法对水下潜器系统中导管螺旋桨在水下潜器转艏运动中螺旋桨周围的水动力现象进行观察,对在这样的工况下导管螺旋桨周围流场特征、进速、诱导速度、推力沿盘面和桨叶径向的分布,以及螺旋桨所发出的推力与螺旋桨周围流场之间的关系进行观察。计算结果表明:在一定的螺旋桨转速条件下,进速越小,螺旋桨所发出的推力也越大;由于导管出口处激发出的梢泄涡作用,导致盘面后叶梢附近轴向诱导速度降低、压力增大,该处叶面与叶背之间的压差也随之增大;螺旋桨的推力沿桨叶径向的分布呈现出半径越大,所产生的推力也越大的特点。     

Prediction of the forces acting on container carriers in muddy navigation areas using a fluidization parameter

To assess the safety of navigation in muddy areas, a comprehensive captive manoeuvring model test program was executed. Based on the results of this experimental program, a four-quadrant manoeuvring model was built with a separate set of coefficients for each combination of under-keel clearance and mud layer characteristics. The disadvantage of this model is that only conditions corresponding with the experimental ones can be simulated. A more consolidated mathematical model was needed. This was achieved with the introduction of a fluidization parameter that determines the corresponding hydrodynamically equivalent depth above a solid bottom. As a result, the under-keel clearance dependency of a given mathematical manoeuvring model can be reformulated in such way that the effect of any realistic muddy condition is included. In this article, the modelling of the hull forces, the propeller thrust and torque, and the forces acting on the rudder will be discussed.     

船舶综合电力推进与监控实验系统的设计与实现

介绍了船舶综合电力推进物理仿真实验系统的组成.重点阐述了推进分系统和监控分系统的组成及其工作原理;并介绍了为考核推进分系统的性能而构建的螺旋桨负载模拟装置的硬件组成、模型的构建方法;最后给出了对船舶电力推进系统的运行工况进行的物理仿真结果和实验波形.实验结果表明该系统达到了设计的要求.     

导管螺旋桨水动力与结构强度计算方法研究

随着导管螺旋桨应用的普及,计算与分析其水动力与结构强度的方法也越来越准确、快速、简便。以荷兰船模试验水池No.19A+Ka4—70螺旋桨为实例,详述了导管螺旋桨计算与分析的整体流程。通过MATLAB计算得到螺旋桨翼面与导管的空间坐标,在Pro/E中建立三维实体模型,在HyperMesh中建立CAE模型。以流体部分网格为分析对象,分别在Fluent与CFX中进行导管螺旋桨水动力分析,并比较了不同计算软件得到的导管螺旋桨水动力分析结果,为导管螺旋桨水动力计算提供了基本思路。以流体-固体网格为研究对象,在CFX平台上中进行流固耦合计算,得到螺旋桨的结构强度分析结果,拓展了螺旋桨结构强度分析方法。该水动力与结构强度分析与研究为导管螺旋桨总体设计提供了有效可行的方法。     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大；对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况；进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。