螺旋桨水动力性能研究进展

升力面理论的应用日趋完善,面元法和N-S方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流,特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD方法。虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性,但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展,为螺旋桨相关研究提供参考。     

空泡螺旋桨升力面理论设计方法

本文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在设计的第一阶段，基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的一元超空泡翼型性能，应用娄勃氏诱导因子方法升力线理论初步确定空泡螺旋浆的几何形状，如：桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等。然后，用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的几何形状和性能，并对设计桨进行 ，最后得到考虑了三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。     

基于VB.NET实现螺旋桨水动力特性参数化分析

螺旋桨性能直接决定船舶航行能力的优劣,因此对于船舶螺旋桨性能预报的研究显得非常重要。为了减少螺旋桨性能预报过程中繁琐步骤,提高分析效率,基于VB. NET和ANSYS工程软件,开发螺旋桨参数化性能分析软件,避免重复进行建模、网格划分等操作。文章提供不同类型及不同工况下的螺旋桨范例,能满足常规要求下的各类螺旋桨性能预报分析。经过实例验证,根据螺旋桨几何特征,选取待分析螺旋桨的相似模型计算范例,在范例的基础上,修改螺旋桨相应的参数,可获得螺旋桨性能预报满意值,能明显缩短分析时间,减少用户工作量,为相似类型螺旋桨性能预报分析提供了新的思路。     

船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究

基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序,利用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距及拱度的优化设计研究,并对设计结果进行粘流CFD计算验证。以某集装箱船螺旋桨为母型桨,保持其原有的径向负荷分布形式,指定不同的弦向负荷分布形式,采用上述方法进行螺距及拱度的优化设计(桨叶其它参数与母型桨相同)。CFD计算表明,通过指定适当的负荷弦向分布,可以在保证效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀,从而推迟桨叶空化。     

基于数值方法的船用铝合金螺旋桨性能和强度分析

验证升力面法和有限元法在螺旋桨水动力性能预报和桨叶强度分析中的计算精度,运用这两种方法对某铝合金螺旋桨进行分析设计。结果表明,在其水动力性能、强度等均满足设计要求的前提下,铝合金桨比青铜桨减重158.3 kg,减重比达59.2%。     

海事40m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40 m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5 dB。     

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。     

螺旋桨轴承力计算方法的对比分析

为了对螺旋桨的轴承力进行研究,在标模SUBOFF尾部同一位置装上4种不同的螺旋桨,分别用CFD方法、拟定常方法以及升力线理论进行螺旋桨轴承力理论预报。根据计算结果,分析侧斜、叶数对螺旋桨轴承力的影响以及不同方向轴承力的相对大小,并对3种方法的优缺点进行总结。结果表明:CFD与升力线理论方法更适合工程需要,尤其是对侧斜较大的桨叶,其较拟定常方法有着比较好的预报效果;同时,升力线理论方法在计算效率方面优于CFD方法;并且螺旋桨轴承力随着叶数的增多、侧斜度的增大而减小;轴承力在y方向上力的分量均大于x方向。     

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。     

低噪声,低激振半串列螺旋桨的研究

本文提出了一种新型半串列桨，并以升力面理论为基础进行水动力设计，性能计算，以及几何轮廓设计，试验表明，该形式的螺旋桨可降低噪声，激振，并能改善空泡性能，敞水效率亦略有提高。     

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。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.     

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。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真，并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上，对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析，为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

低速大推力导管桨水动力性能预报及优化设计

为研究低速大推力导管桨水动力性能,应用商业软件Fluent,采用RANS方法结合k-ω湍流模型,开展了对原型和改型导管桨敞水状态下的数值计算。采用多运动参考坐标框架(MRF)技术,通过局部网格加密,来模拟桨叶和导管间的间隙流动。重点考察了设计工况点的水动力性能,压力分布等,通过计算分析,对导管桨(包括桨叶、导管以及前后定子)进行了优化设计。研究发现,导管桨在低速高负荷状态下,桨叶吸力面叶梢附近有很大的低压区。提高导管推力占比,可较大幅度提升推进效率。优化后置定子,能使效率得到一定提升。相关结果进行了试验验证,吻合良好,表明该数值研究方法可靠,具有广阔的工程应用前景。     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。