大型LNG船螺旋桨设计研究

以一艘220 000 m3 LNG船为例,介绍了大型LNG船螺旋桨的设计思想、设计过程和设计桨参数.不同于常规单桨船螺旋桨设计,双桨船的适伴流设计必须考虑切向伴流影响,给出了实效切向伴流分布的计算方法.模型试验结果表明设计桨的空泡和脉动压力性能优良,所有8个测点的脉动压力幅值都小于4kPa,推进性能满足航速要求.     

初步估算螺旋桨所引起的诱导脉动压力和振动的简单方法

在瑞典国家水池(简称SSPA)多年来一直广泛地运用简化的估算螺旋桨激振力和船体总振动的方法。这两种方法近年来得到了进一步地发展。其基础是建立在大量空泡筒和全尺度试验结果上的。为了估算脉动压力的幅值,SSPA采用了一种简单的图谱用以考虑螺旋桨桨叶叶梢间隙,伴流分布以及空泡数的影响。最近又提出了一种用以决定桨叶盘面比,径向负荷分布以及螺旋桨桨叶侧斜影响的简易图谱。估算自由液面的存在对脉动压力的影响也是近年来SSPA的一项发展成果。本文将对上述完整方法扼要地作一介绍,并提供与模型和全尺度试验的比较结果。在许多年以前,为了估算一定量级的脉动压力幅值而产生的总振动量,SSPA发展了一种新的估算方法,这种方法当时仅局限于大吃水的单桨船舶。本文将对此方法以及最近的一些修改和补充作一简单的叙述。补充后的上述方法不仅适合于单桨船还适用于双桨以及双导流尾鳍的船舶,还考虑到船舶吃水,长度的影响。     

〈五〉船舶螺旋桨简易设计

<正>船舶螺旋桨的简易设计对于内河中小型船舶来说,往往在实际应用上也能取得颇为满意的结果。 5.1 经验公式5.1.1 当已知主机功率和转速,估算螺旋桨的直径可用下式: D=1.106[Ps/(0.01N)~3]~(0.2)·k_D式中k_D为直径修正系数,它随螺旋桨盘面比及叶数而变,可由下表查得:     

論斜向来流对双桨船性能之影响和螺旋桨的側向力

由于船体的影响,双桨船的螺旋桨处于斜向来流的条件下运转。斜流造成螺旋桨叶工作状态的非定常性。本文研究了斜流对螺旋桨性能影响的各个方面。发现处于斜流中运转的螺旋桨的推力系数及扭矩系数都增大。若斜流角较大,则设计时有必要进行适当的修正,否则螺旋桨将处于重载情况下工作。主机不能达到预定的转速。不能发出全部功率及达到设计航速。推出了计算上述修正量的近似公式。此外,还发现螺旋桨在斜流中运转时,受到侧向力的作用。该侧向力可分为两部分:一部分处于斜流v_s并通过桨轴的平面内(L_n);另一部分垂直于前述平面(L_ξ)。前者是众所周知的侧向力;后者是由于桨叶处于非定常状态而引起的侧向力。这个侧向力就是引起某些单桨船自动进入回转的原因。因而得以解释某些船舶自动转入回转,并沿一定方向回转的现象。文中推荐了估算上述侧向力的近似公式,可以用来估算作用在螺旋桨上的侧向力的大小及方向。     

螺旋桨切割直径法在高速艇中的应用

针对某高速艇在试航过程中出现的船舶主机负荷过重及转速达不到要求的问题,分析其原因,并对螺旋桨切割直径法的两种理论计算方法和一种经验公式估算法的应用进行探讨。切割直径计算方法以实测轴功率为计算依据,采用检查图谱确定切割量,同时采用经验公式确定切割量并进行比较。通过对切割螺旋桨后的实船试验结果与理论计算和经验公式估算的对比,得出对于高速艇螺旋桨切割量的计算,采用检查图谱理论计算的准确程度要比经验公式估算法高。     

船后伴流场的相关分析

本文是建立在二维切片势流绕流计算确定船后桨盘面势伴流基础上的模——船体流场相关分析方法的进一步发展,提供了按三维势流绕流计算船后桨盘面势伴流的模—一船伴流场相关分析方法。该方法不再局限于单桨船,而适用于各种船型的伴流场相关分析,从而为螺旋桨设计,特别是理论设计提供了基本流场参数。     

船机桨匹配及数值仿真

对于一个确定船舶的船、机、桨系统,其主机特性曲线、螺旋桨有效推马力曲线和航速在不同的螺旋桨转速下具有特定的对应关系,根据其对应关系和船机桨运行参数、几何参数及其相关性能曲线,可以由任意两个已知数据求得另一个数据以及螺旋桨的推力、桨轴转矩和船舶航行状态。文中根据这个原理,可以实现船机桨之间的匹配。匹配过程中本文采用MMG操纵运动非线性数学模型,参考相关经验公式和数值算法求解运动微分方程,并考虑各种海况对船舶运动的影响,来模拟船舶实际操纵性运动。最后,在VisualC++平台上结合Fortran计算程序,实现船机桨系统的匹配仿真。     

船机桨稳定配合工况数学模型及仿真分析

船机桨的稳定配合关系直接决定船舶的运动效率和能量转换的优劣。本文建立包含螺旋桨推力、螺旋桨扭矩、船舶阻力、伴流系数、推力减额系数的船机桨稳定配合数学模型。以实船参数仿真分析了船舶航速、螺旋桨有效推力、船舶阻力、螺旋桨扭矩以及螺旋桨吸收功率的变化曲线,可为船的船机桨配合选择及航行操纵提供理论指导。     

钟形减振穴的设计研究

对双桨平底船的尾部振动,根据实船螺旋桨脉动压力测试结果,以及金属橡胶板的模型试验与模态分析,设计了钟形减振穴,以减小螺旋桨激起的船舶尾部振动,并在国内的双桨平底船上首次应用获得成功。 文中提出了适用于双桨平底船的螺旋桨脉动压力估算的经验公式,其计算值与实测值相当接近,可供船舶初始设计阶段应用。     

小水线面双体船螺旋桨脉动压力预报方法研究

小水线面双体船(SWATH)因其优异的耐波性能成为当前重要的高性能船舶之一。针对某SWATH试验船,分别采用经验公式估算方法、CFD数值计算方法和船模试验测试方法对其螺旋桨脉动压力进行了预报分析。结果表明,SWATH船在无空泡状态下螺旋桨脉动压力整体较小,在早期设计阶段可以用常用的经验公式进行初步估算;CFD数值计算方法能满足实际工程需要,为SWATH船螺旋桨脉动压力计算和艉部振动控制提供了参考。     

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%。     

螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

单浆船的性能预报—伴流分数尺度效应修正的探讨

本文在“１９７８年ＩＴＴＣ单浆船性能预报方法“＾（１）的基础上，对其中计算实船伴流分数的公式进行了修正，即将实船伴流分数与船的粘性阻力系数间建立了ｎ次幂函数关系，然后通过一定数量的实船－船模相关分析回归求得待定指数ｎ为１．８。最后用修正后的伴流分数公式对一系列实船性能进行了预报，此结果弥补了按１９７８年ＩＴＴＣ单浆船性能预报方法预报的功率、转速偏低的缺陷。尤其对船舶处于纵倾状态下（５０％ＤＷＴ，２     

舰艇激振和航迹响应实验研究

船舶振动研究在现代船舶上正得到了越来越广泛的应用.内河船一般吃水较小,螺旋桨与船壳的间隙很小,而转速又很高,加上伴流的不均匀,使螺旋桨的激振力加大,对船舶的性能产生很大影响,振动问题更加突出.文章以某舰艇作为主要研究对象,用实验得到的舰艇固有频率和实船振动水平,为作者编制的相近类型船艇振动预报软件提供了检验实例.结果令人满意.     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

双尾鳍船型尾部几何特征参数对伴流场的影响

在我所秦申线浅吃水肥大型运煤船课题研究的第一阶段,探讨了一种带有两个单尾形状尾鳍的双尾鳍船型,无论在阻力还是在推进性能方面都优于相同排水量的单桨船,成为浅吃水肥大船型中新的优秀船型。但双尾鳍船型並不是尽善尽美的,存在伴流场比较不均匀的缺点,在对船型伴流作评价时发现该船型的伴流场比较特殊,高伴流所占的比重很大,伴流峰值较高,且伴流的变化又较剧烈。螺旋桨在这种伴流场中工作,有可能产生空泡及严重的激振。为了探讨改善双鳍船型伴流不均匀性的途径,本文根据四艘双尾鳍船型的伴流场测试结果,三艘同型船模伴流场的资料以及国外的双尾鳍船型的伴流场资料,分析了上述船模的双尾鳍形状、倾角、间距等及其伴流场,据此评价了双尾鳍船型的尾部几何特征参数对伴流场的影响,为设计有较优良伴流性能的双尾鳍船型提供了依据。     

螺旋桨脉动压力的分析推算

以脉动压力为主的螺旋桨激振力在船舶振动响应计算中是一个重要的参数,但其值的确定却是一个比较复杂的问题。本文利用目前常用的螺旋桨脉动压力经验公式对某船的脉动压力进行了计算比较,并根据其总振动测试响应值,采用有限元方法对螺旋桨激振力进行了推算,获得了比较满意的结果。     

单桨船后体横剖面UV度衡准

本文用后体的特征水线同设计水线面积的比值P作为衡量船舶后体横剖面UV度的依据,对若干单桨船系列船型进行了统计分析,根据P值同后体方形系数C_(Ea)的关系,提出一种后体横剖面UV度数值衡准,用于计算机辅助线型设计,可直接按衡准数d_r事先控制或判别后体的横剖面UV形程度。 文中进一步分析了后体方形系数C_(Ea)和水线面系数C_(WP2)同衡准数d_r的统计关系,得到了后体UV度的估算公式。最后,还给出一个可反映前后体横剖面UV度要求的水线面系数C_(WP)的估算公式。     

破冰船推进功率与破冰能力的匹配性分析

为探索一套简便快捷用于分析破冰船推进功率与破冰能力匹配性的方法,利用ABS规范对4艘不同等级的破冰船进行最小推进功率计算,并以此为依据开展破冰工况螺旋桨设计.最后考虑船形状、船体参数、螺旋桨推力以及冰的物理性能,基于ЦайЛ.Г半经验破冰厚度公式估算了 4艘破冰船的破冰厚度,对比估算的破冰厚度与实船破冰能力之间的偏差＜30％.研究表明,本文探索的推进功率与破冰能力匹配性分析方法实际可行,可为破冰船设计者提供一定参考.     

一个估算螺旋桨叶片上出现空泡范围的简单方法

本文在常用的螺旋桨水动力性能和叶片切面压力分布计算方法的基础上,提出了一个估算螺旋桨在径向非均匀水流中叶片上出现空泡范围的简单方法。此法可根据桨叶的几何形状,伴流分布和螺旋桨工况估计桨叶出现空泡的范围,也可给出出现空泡与螺旋桨的几何要素例如切面的拱度、厚度分布和冲角等之间的关系。这样,我们就能仔细地分折螺旋桨叶片上发生空泡的情况,提出改进螺旋桨空泡性能的措施。针对一条船舶的螺旋桨,用本方法进行了计算,计算结果与用空泡筒模型试验所得的结果相当一致。