上海船舶运输科学研究所开展“吊舱电力推进”水动力性能研究

近年来,全回转推进器（Azimuth Thruster）、吊舱推进器（POD）、对转吊舱组合推进系统（CRP-POD）已成为国外螺旋桨推进技术的最新发展趋势,国内在这一方面的研究尚在起步阶段。上海船研所航运技术交通行业重点实验室’自2008年底引进了2套毂罩式电力推进模型试验动力仪,建立了电力推进模型试验测试平台,率先在国内开展了“吊舱推进器（POD）”及“对转吊舱组合推进系统（CRP-POD）”船模试验研究,填补了国内在POD推进、尤其是CRP-POD推进方式模型水动力试验研究的空白。     

混合式CRP推进器操舵工况水动力性能数值研究

[目的]为了研究操舵工况对混合式CRP推进器水动力性能的影响,[方法]采用RANS方法结合SST k-ω湍流模型计算NACA0012型敞水舵的升力系数,通过与试验数据的对比,选定数值计算的近壁面网格布置和近壁面处理方式。在此基础上,进一步预报偏转工况下吊舱推进器的水动力性能,通过试验对比,表明误差在较小范围内。以混合式CRP推进器为研究对象,采用该数值方法预报操舵工况下该型推进器的水动力性能并予以分析。[结果]研究发现,该型推进器后桨推力、吊舱横向力和操舵力矩均随偏转角的增大而增大,前桨推力基本不随偏转变化。[结论]表明该型推进器操纵性能优良,具有广阔的工程应用前景。     

偏转工况下吊舱推进器的水动力和空泡性能

[目的]吊舱推进器与螺旋桨之间干扰强烈,流动现象复杂。在操舵工况下远离设计点条件工作时,桨叶载荷会出现剧烈变化,且空泡性能也将同步恶化。为了分析吊舱推进器在偏转工况下的水动力和空泡性能,[方法]首先,采用全结构网格,基于雷诺平均(RANS)数值模拟方法对吊舱推进器的水动力性能开展研究;然后,采用Sauer模型预报吊舱推进器偏转工况下的空泡性能;最后,在空泡水筒中开展吊舱推进器的模型实验。[结果]结果表明:数值计算结果与实验结果的吻合度较高,验证了数值预报方法的准确性;偏转工况下,吊舱桨的推力和扭矩均高于直航工况;吊舱偏转后,随着周向角的变化,不同周向位置的压力将呈脉动变化趋势;桨叶的空泡形态存在差异性,且随吊舱偏转角度的增加而恶化。[结论]研究成果可以为吊舱推进器设计提供参考。     

基于CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能

基于粘性流体理论,采用CFD技术数值预报双桨式吊舱推进器的敞水水动力性能。通过对某单桨吊舱推进器进行数值模拟,并与实验值进行比较,验证数值计算方法的准确性。最后数值计算了双桨式吊舱推进器在不同偏转角时的水动力性能,通过数值计算、结果比较和特性分析,计算结果呈现出一定的规律性,达到了给出双桨式全回转吊舱推进器数值预报的方法和一般性规律的目的,可以对此类推进器水动力性能的预报提供参考。     

基于 CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能

基于粘性流体理论,采用CFD技术数值预报双桨式吊舱推进器的敞水水动力性能。通过对某单桨吊舱推进器进行数值模拟,并与实验值进行比较,验证数值计算方法的准确性。最后数值计算了双桨式吊舱推进器在不同偏转角时的水动力性能,通过数值计算、结果比较和特性分析,计算结果呈现出一定的规律性,达到了给出双桨式全回转吊舱推进器数值预报的方法和一般性规律的目的,可以对此类推进器水动力性能的预报提供参考。     

全回转吊舱推进器性能预报—仿真与试验研究

推进器,特别是用于动力定位工况下的大功率全回转吊舱推进器在选型安装前,对其水动力性能准确预测十分重要,其性能好坏直接影响系统最终的定位精度。本研究结合ZPMC研发建造的伸缩全回转吊舱推进器,采用商用CFD软件分别对螺旋桨、导管以及吊舱推进器的敞水性能进行了数值计算,建立了吊舱推进器水动力性能预报的方法。一系列敞水试验结果表明该方法可以较为准确的对包括推力、扭矩及效率等在内的吊舱推进器整体性能进行预测,继而为推进器性能的预报、优化提供参考。     

全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

拖式吊舱推进器的水动力特性分析

拖式吊舱推进器的螺旋桨与吊舱之间干扰剧烈,流动现象较为复杂,为研究拖式吊舱推进器的水动力特性,基于粘性理论,滑移网格技术,借助商用流体计算软件FINE/Marine,分别完成了三维实尺度的裸桨及吊舱推进器的敞水性能数值模拟。着重在吊舱对螺旋桨水动力性能的影响、吊舱侧向受力、吊舱表面压力和周围流场速度分布方面进行了分析。结果表明,由于吊舱的存在,螺旋桨的推力扭矩均有所提升,但是整体推进器的效率没有明显改善,反而使螺旋桨推力波动增大;吊舱在螺旋桨尾流影响下会产生额外的侧向力。     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

混合对转推进系统设计与实船应用研究

为全面深入了解混合对转推进系统实船安装对船舶性能影响,为数值仿真和性能预报提供实船参考数据,以集装箱运输船为应用对象,提出了一种把吊舱推进器集成在挂舵臂上的混合对转推进系统(CRP-POD),详细阐述了CRP-POD的系统构成、工作模式和电气控制系统实船设计方案。通过实船试验和运行数据分析,安装混合对转推进系统的船舶与同系列安装常规推进系统的船舶相比,特定航行工况下航速有2~3%的提升、回转能力有所降低、航向稳定性上优于常规船。     

吊舱推进器船舶的操纵系统数学建模与仿真

吊舱推进器船舶是一种新型的电力推进船舶,这种船舶的稳定性和机动性良好,近年来获得了非常广泛的应用。为了提高吊舱推进器船舶的操纵水平,进而提高吊舱推进器船舶的动力特性,本文针对该船舶的操纵系统进行了深入的研究,并通过建立吊舱推进器船舶的操纵运动模型、海上干扰作用力模型,对吊舱推进器船舶的运动进行仿真试验,对改进该船舶的动力性能有一定指导作用。     

鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响

为研究鳍的影响,建立了吊舱推进器的水动力性能的计算模型.计算了吊舱推进器安装和不安装鳍时的水动力性能,螺旋桨与吊舱及鳍之间的相互影响通过迭代计算加以考虑.采用基于速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的间隙.采用Newton-Raphson迭代求解压力分布使得桨叶的随边满足压力库塔条件,用柳泽的方法求得物体表面的速度分布以避免数值求导的奇异性.无鳍.单鳍和双鳍的吊舱推进器水动力性能计算结果表明,附加鳍时吊舱推进器的螺旋桨推力增加,由于鳍上产生推力导致吊舱阻力减小.附加双鳍时的吊舱推进器水动力性能最好,附加单鳍时次之,无鳍时最低.     

拖式吊舱推进器的非定常水动力性能

应用升力面理论涡格法和面元法,建立了拖式吊舱推进器非定常水动力性能的数值计算方法。螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用HESS-SMITH面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。针对拖式吊舱推进器,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架诱导速度各分量以及标称与实效诱导速度对其水动力性能的影响。研究表明,就吊舱及支架的实效诱导速度而言,轴向及周向诱导速度主要由支架引起,径向诱导速度主要由吊舱舱体引起。当考察吊舱推进器的定常水动力性能时,可略去吊舱诱导速度的径向及周向分量;考察非定常性能时,可略去径向分量,但应考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称诱导速度作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小,因此,虽然标称诱导速度容易得到,但据此进行吊舱推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱诱导速度的相对比例,略去吊舱诱导速度会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。     

吊舱式CRP推进器水动力性能数值模拟

建立吊舱式CRP推进器数值模型,结合RANS方程和SSTk-ω湍流模型,运用滑移网格方法对吊舱式CRP推进器在均匀流场中水动力性能进行非定常数值预报。将数值预报所得的敞水性能结果与在真实空泡水洞内利用吊舱动力仪及长轴动力仪对吊舱式CRP推进器进行敞水试验得到的试验数据进行比较;同时得到了吊舱式CRP推进器前后桨叶面及叶背压力系数分布与前后桨及吊舱的非定常性能,将计算结果和不附带吊舱相同对转桨计算结果进行比较分析。结果表明,本文所用数值计算方法对吊舱式CRP推进器水动力性能的预报具有较高的可信度,能达到工程应用的要求。     

船后吊舱导管推进器系柱水动力数值预报方法研究

作为吊舱式推进器的一种形式,吊舱导管推进器因其附体复杂,且受到船尾线型及其他附体影响,水动力性能研究具有较大挑战.文中基于RANS求解流场,利用滑移网格技术处理螺旋桨的旋转,研究海工船舶船后吊舱导管推进器系柱水动性能数值预报,分析偏转角对不同位置吊舱导管推进器的系柱推力和扭矩影响,并通过模型试验结果,验证了该数值预报方法.     

粘性流场中吊舱推进器水动力性能数值研究

应用滑移网格技术对粘性流场中吊舱推进器的水动力性能进行了数值模拟,成功预报了吊舱推进器在粘性流场中的敞水性能,和试验结果相比,推力系数最大偏差为2.9%,扭矩系数最大偏差为0.8%。考察了吊舱推进器各部件及周围的流动特征,包括压力分布、速度矢量分布、流线及涡的形态等,为吊舱推进器各部件的优化设计以及吊舱推进器在工程上的应用提供了详细的流场信息。     

空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测

针对吊舱推进器的关键技术,开展拖式吊舱推进器空泡性能和脉动压力的试验研究。试验在海军工程大学空泡水洞实验室进行,观察吊舱推进器桨模在不同工况下空泡发展和变化情况,并用人工观察方式进行整理记录,同时通过螺旋桨正上方区域安装的脉动压力传感器测量脉动压力。对试验结果进行分析,探讨拖式吊舱推进器不同工况下脉动压力和空泡性能的特点和规律及其对水动力性能的影响,为吊舱推进器性能研究及设计提供参考。     

T型吊舱推进器水动力性能仿真分析

采用Realizable k-ε湍流模型和MRF模型建立T型吊舱推进器的敞水水动力性能仿真分析方法。使用FLUENT软件计算T型吊舱推进器直航状态、不同进速系数下的水动力性能，从推进效率、表面压力分布以及尾鳍性能等方面对计算结果进行分析。同时，将仿真计算结果与水池试验结果进行对比分析，结果证明了仿真计算方法的有效性和计算结果的可靠性。     

推进器水动力性能数值预报自动化平台PreFluP开发

文章对各种推进器水动力性能数值预报流程进行了标准化研究,结合UG、GAMBIT和FLUENT商用软件的批处理命令,开发了推进器水动力性能数值预报自动化平台PreFluP,该平台可快速预报调距桨、导管、导管桨、吊舱推进器和泵喷推进器水动力性能及船舶阻力性能。该平台各模块均得到了大量的试验验证,具有较高的精度。     

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。