悬挂式扭曲舵设计及计算

以某支线集装箱船为研究对象,逐步论述、权衡并确定其舵的几何参数,根据该几何校算所需的舵杆直径和舵机功率,应用CAESES和STAR-CCM+软件分别进行舵的参数化建模和舵周流场的数值仿真,基于流场信息完成舵的扭曲设计,最终得到与该集装箱船相匹配的扭曲舵方案。数值试验结果表明,该设计扭曲舵在节能和抗空化性能上的表现较普通舵获得了可观的提升。     

扭曲反应舵节能功效的可行性探讨

结合5 100 TEU集装箱船扭曲反应舵的设计经验,通过项目工程管理的方法对扭曲反应舵节能功效的可行性和实践进行探讨,为船舶节能舵设计和制造提供一种新思路.     

桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证

为减小螺旋桨尾流能量耗散,提高桨舵系统的推进效率,开展桨舵组合式推进器设计研究。首先,基于适伴流设计思想结合面元法编制最大阻力减额的扭曲舵设计程序,获得桨后舵不同展向位置的扭曲角度,并通过与一前端削平的舵球及桨毂光顺连接形成桨舵组合式推进器的设计方案。然后,采用数值仿真分析获得均匀流场中桨舵组合式推进器的水动力性能、压力分布与流场特性等细节,初步验证设计方案的合理性。最后,开展船后桨舵组合式推进器的水动力性能试验,获得不同航速下螺旋桨和舵的水动力性能。试验结果表明,桨舵组合式推进器较原型桨舵推进器的效率在全航速段均有一定程度的提升,在设计工况点提升值达2.7%,证明设计方法正确,设计方案合理可行。     

2339TEU集装箱船两种舵的对比分析

在集装箱船的舵系设计中,采用全悬挂舵还是半悬挂舵一直是船东和船厂的关注重点。针对2 339TEU集装箱船的舵系设计,运用CFD软件,对全悬挂舵与半悬挂舵分别进行建模计算,得出阻力和空泡方面的相关数据,并就舵系的重量及安装等方面进行对比。分析了全悬挂舵与半悬挂舵在各个方面的优劣,为今后集装箱船的舵系设计提供一定的借鉴和参考。     

扭曲舵水动力数值计算和自航约束模试验测量研究

建立了桨后舵水动力的CFD数值计算方法,对两种舵的压力分布和舵力进行了比较,结果显示扭曲舵可以明显减小0°舵角时舵上的横向力和舵轴扭矩。在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,试验结果也表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善。将舵力的数值计算结果与试验结果进行比较,两者有较好的一致性,说明建立的数值计算方法可以对桨后舵舵力进行较好的模拟计算。     

潜艇艏舵绕流场的数值模拟

为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上(分别称为围壳舵和艏舵)。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。     

集装箱船尾伴流场和螺旋桨参数分析

通过搜集近几年集装箱船螺旋桨相关数据,统计分析了集装箱船随装箱量增加带来的船型、主机功率及船尾伴流场的变化,以及经济因素等带来的螺旋桨负荷和相关主参数特征设计的变化,为当前集装箱船螺旋桨设计主参数的选取提供参考,具有较强的工程意义。     

高效扭曲舵的水动力特性数值分析

传统船舵在船舶螺旋桨流程的影响下会产生空泡效应,造成船舵结构的损坏和转向功率的下降,造成船舶运营成本的提高。为了解决这一问题,行业内针对高效扭曲舵的研究成为一项热点。不同于传统舵,扭矩舵具有更好的水动力特性,能够克服船舶螺旋桨的尾流影响。本文的研究方向是对高效扭曲舵的水动力学特性进行理论分析和仿真,实现扭曲舵的最优参数设计,对于改善现有船舵的性能有一定的指导意义。     

扭曲舵空泡观测实船试验研究

为验证扭曲舵的抗空化效果,在前期完成扭曲舵设计及实船换装工作的基础上,首次在国内开展了扭曲舵和普通舵的空化实船观测对比试验,对两种舵在设计航速和最大航速下固定舵角工况和直航自动舵工况的空泡进行了比较.结果表明:在相同航速工况下,扭曲舵的舵面空化起始舵角可提高10°左右,可以消除舰船常用航行状态下舵面的空化问题;在高航速大舵角工况时,扭曲舵的空化面积远小于常规舵;在扭曲舵优化的基础上,防腐蚀电极新型安装结构和舵下端导流罩可以有效解决防腐蚀电极和舵下端面的空化问题.通过扭曲舵空泡观测实船试验,证明了扭曲舵具有良好的抗空化性能,为抑制水面舰船舵空化剥蚀、降低船尾振动噪声提供了有效途径,具有优良的应用前景.     

靖江市华帝船舶设备厂

正华帝船舶设备厂(华帝海洋工程设备制造有限公司)始建于2002年,坐落于江苏省靖江市,距上海180公里,南临江阴长江大桥,毗邻沪宁铁路及沪宁高速,交通十分便利。公司主要设计、生产各种船舶舵系(襟翼舵、鱼尾舵、扭曲舵等高升力舵)、轴系、海洋工程装备、船舶甲板机械及配套零部件、舾装件、船舶结构件以及船舶节能装置等,生产的产品广泛适用于油船、集装箱船、海洋工程船等。是中国专注于船舶舵系、轴系及船舶节能装置等整体解决方案的专业公司。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究（英文）

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数(安装位置、展弦比和安装角),使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

舵对螺旋桨线谱噪声的影响

为比较不同舵形状时潜艇螺旋桨的线谱噪声变化规律,建立非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法,通过CFD方法数值模拟X形舵和十字舵潜艇的非均匀速度场,对两种流场条件下七叶侧斜桨的辐射线谱噪声进行数值预报。结果表明,X形舵潜艇所产生的线谱噪声幅值比十字舵时要大,尤其体现在高阶叶频处。     

基于CFD方法的6500TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

舵的空泡腐蚀研究在船型优化设计和新船型开发中具有重要意义。文章以6 500 TEU集装箱船的NACA0021舵为研究对象,通过对船、桨、舵整体三维建模,运用CFD方法在3D计算域下对舵的非定常空化现象进行数值模拟,得到了与试验比较一致的结果。同时还对改善舵空蚀现象的措施进行了分析。研究表明,通过整体建模的数值模拟方法对舵空泡性能进行预测研究,其结果是合理可信的。     

舵套筒形式的全悬挂扭曲舵设计

从舵系计算及舵叶、呆舵、舵杆、舵套筒和舵承的设计等方面出发,对舵套筒形式的全悬挂扭曲舵进行优化设计。利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件计算分析,确保整个舵系设计达到预期效果。     

舵型参数对襟翼舵升力特性影响的数值计算研究

论文通过对中国船舶科学研究中心开发的船用襟翼舵(CSSRC舵)计及尾翼缝隙位置的敞水升力特性进行数值模拟研究,分析了舵型参数对襟翼舵升力特性的影响规律;在此基础上,以在CSSRC舵上增加整流尾的方式,设计出了鱼尾型襟翼舵,并通过数值计算比较该鱼尾型襟翼舵与CSSRC舵以及NACA66剖面襟翼舵的升力特性,显示其具有更高的升力性能;最后根据系列计算结果,运用逐步回归方法对三种剖面翼型襟翼舵给出了具有工程实用价值的升力系数计算公式。     

船桨舵间距对推进效率影响的试验与数值研究

为了实现节能减排,需要使用各种手段降低船舶阻力和提高螺旋桨推进效率,论文基于一型支线型集装箱船开展快速性模型试验和数值模拟,探讨船体、螺旋桨和舵三者间距变化对推进效率的影响。研究结果表明,减少螺旋桨与舵的间距有利于提高螺旋桨推进效率;整体往后移动螺旋桨和舵也有利于提高螺旋桨推进效率。数值模拟结果与模型试验结果在应用方案的比较上两者具有良好的一致性。因此数值模拟可作为模型试验的补充,有利于捕捉更佳的布置方案。     

船用燃气轮机排气结构优化研究

为降低燃机箱体内部温度,保护线缆等设备,采用数值模拟方法研究船用燃气轮机排气结构几何变化对箱体内部流场的影响,研究表明,排气结构几何参数的优化能够使箱体内冷却气流量提高42.3%,使流场平均温度降低8.5 K,并能够有效调整箱体内温度场分布,进而保护箱内设备,研究结果可为燃机箱体几何设计提供理论指导。     

分离式尾舵潜艇卡单舵操纵控制技术研究

提出针对分离式尾舵单舵卡舵状态下的仅应用操纵面对潜艇进行挽回的LQG/LTR操纵控制技术,设计相应的分离式尾舵单舵卡舵状态下潜艇的数值仿真模块。数值仿真结果验证该设计方法的有效性。