吊舱式CRP推进系统理论设计研究

采用螺旋桨旋涡理论和低阶速度势面元法对吊舱式CRP进行适伴流设计。在吊舱给定的前提下对前后桨进行升力线设计和升力面修正,吊舱与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,并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,采用该方法设计的吊舱式CRP系统与设计的单桨相比,其效率可提高8.533%,设计吊舱式CRP尾流周向诱导速度明显小于单桨时的速度。     

基于CFD的对转螺旋桨水动力性能分析

基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法,利用SolidWorks和Ansys分别进行螺旋桨建模和水动力计算。在3种不同的湍流模型下分别计算螺旋桨的敞水性能,结果表明SST k-ω模型与试验值贴合较好,为最佳湍流模型。通过对对转桨的桨距比和直径比的研究,得到两者的最优值,在该情况下对转桨的敞水效率最高,并通过尾流分析做了验证。为了比较对转桨与等效单桨的水动力性能,建立了等效单桨模型,在相同的功率系数下做比较,结果表明对转桨在效率提升方面具有明显优势。     

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。     

桨后自由叶轮理论设计方法研究

为对桨后自由叶轮进行综合设计研究,在前桨给定的前提下,采用螺旋桨的旋涡理论对桨后自由叶轮进行设计。前桨和自由叶轮之间的相互影响通过诱导速度来考虑,诱导速度通过以速度势为基础、采用源汇混合分布以及双曲面元的低阶面元法求得并进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。在实际设计过程中,通过面元法对前桨尾流场进行分析来求其收缩率,从而确定自由叶轮涡轮段直径,并用面元法分别对前桨和自由叶轮进行水动力性能预报,循环迭代直至桨后自由叶轮系统水动力性能收敛。实例设计分析表明:在较低进速条件下,设计的自由叶轮可获得较高的效益,效率最高可提升14.42%。     

对转桨水动力性能实时预报方法

为了实现对转桨水动力性能实时预报，基于BP神经网络构建对转桨水动力性能预报模型。首先，采用低阶速度势边界元法建立对转桨水动力性能预报模型，通过调整来流速度和前后桨转速开展对转桨水动力性能多工况计算，从而获得构建神经网络所需的样本空间。建立适用于对转桨水动力性能预报的神经网络架构，通过训练使其具备良好的泛化能力。以某组对转桨为研究对象开展水动力性能实时预报方法研究，结果表明，采用BP神经网络预报模型可获得与边界元法精度相当的预报结果，但该模型与边界元法相比计算所耗时间可以忽略不计，可有效实现对转桨水动力性能实时、快速预报。     

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%。     

桨后舵附推力鳍理论计算

螺旋桨与舵附推力鳍,分别采用升力面法和基于速度势的面元法计算,两者之间的相互干扰采用迭代计算。在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响,并提出一种新的螺旋桨尾涡模型。计算了加装舵附推力鳍之后螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布。对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究。     

基于分离涡模拟的对转舵桨水动力性能数值分析

基于OpenFOAM 软件平台,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)模型,结合滑移网格方法,对一组对转桨和对转舵桨的水动力性能进行数值预报,并利用快速傅里叶变换(FFT)对推力系数进行频谱分析。对转桨数值计算结果与模型试验结果比较,推力、扭矩系数以及推进器效率的误差分别在3%、2%和5%左右,验证了该数值方法的可行性。对转舵桨数值计算结果提示:压差阻力是吊舱和立柱阻力的主要成分,在立柱的前端存在回流,对立柱的优化设计可以从这两方面入手;立柱和吊舱的存在能够减小轴承力导致的振动。     

对转桨定常面元法水动力性能预估

提供了一个计算对转桨的基于速度势的定常面元法,前桨和后桨之间的相互干扰是通过二者的诱导速度场周向平均化后迭代实施的.采用了一个简化的螺旋桨尾涡模型,来模拟前桨和后桨尾涡片的扭曲变形.算例计算结果表明,该方法可以有效地应用于对转桨定常水动力性能的预估.     

反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

本文对反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能及桨舵干扰进行了研究。舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能用无限叶数的简易螺旋桨理论预估。桨舵干扰作用以迭代方法求得。采用面元法计算反应舵的性能，可以更精确地反映较复杂的反应舵表面形状对水动力性能的影响。通过计算得到的舵表面压力分布可看出反应舵节能的原因。本文还对反应舵的操纵性能进行了计算和研讨。     

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。     

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.     

Optimal matching investigation of marine contra-rotating propellers for energy consumption minimization

To minimize the energy consumption of contra-rotating propellers (CRPs), the optimal matched rotational speeds of the forward propeller (FP) and rear propeller (RP) of CRP are investigated based on the potential-based panel method. The optimal matching problem of a set of CRP405 is investigated. The open-water hydrodynamic performances of CRP405 with the FP and RP having the same rotational speed are calculated and the method is validated. The hydrodynamic characteristics of CRP405 with changing FP and RP rotational speeds are investigated. The cubic spline interpolation method is used to determine the equal thrust line at which CRP405 generates the target thrust while keeping the inflow velocity constant. A series of equal thrust points on the equal thrust line is selected for the analysis of the delivered power. The rotational speeds of the FP and RP corresponding to the minimal delivered power are the optimal matched rotational speeds of CRP405. The optimal matching calculations are carried out at different inflow velocities. The results show that, under the condition of a low inflow velocity, properly increasing the rotational speed of the FP and decreasing the rotational speed of the RP are the most direct and efficient ways to reduce the energy consumption and avoid the negative effect of the net torque of the CRP on the transverse stability.

     

对转螺旋桨升力面设计方法

本文针对对转螺旋桨这类组合式推进器的设计问题,采用了升力面设计方法进行设计,在设计过程中通过前后桨的相互迭代求出彼此间的诱导速度,以此来考虑它们之间的相互作用,并采用此方法作了一对对转螺旋桨的设计,同时应用面元法进行了水动力预报。     

舵几何参数对桨舵系统水动力性能的分析(英文)

In order to study the effects of geometric parameters of the rudder on the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system,the surface panel method is used to build the numerical model of the steady interaction between the propeller and rudder to analyze the relevant factors.The interaction between the propeller and rudder is considered through the induced velocities,which are circumferentially averaged,so the unsteady problem is translated to steady state.An iterative calculation method is used until the hydrodynamic performance converges.Firstly,the hydrodynamic performance of the chosen propeller-rudder system is calculated,and the comparison between the calculated results and the experimental data indicates that the calculation program is reliable.Then,the variable parameters of rudder are investigated,and the calculation results show that the propeller-rudder spacing has a negative relationship with the efficiency of the propeller-rudder system,and the rudder span has an optimal match range with the propeller diameter.Futhermore,the rudder chord and thickness both have a positive correlation with the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system.     

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。     

吊舱推进器定常水动力性能计算

采用FLUENT软件进行拖式吊舱推进器水动力性能的计算,将整体计算域划分为三个区域进行从而达到合理减少计算网格的目的。对于吊舱推进器的整体计算由于涉及到转子/定子物体的相互干扰问题,文中在模拟相互干扰平均效果的定常情况计算中,采用混合面模型进行。对计算方法及边界条件的设置进行了详细介绍。讨论了两种壁面函数对计算结果的影响。计算了不同进速系数下吊舱推进器的推力系数、扭矩系数。采用四套网格进行了吊舱推进器水动力性能计算的比较分析,给出了详细的计算网格参数。分析了计算网格数对吊舱推进器理论预报精度的影响。