全附体尾流作用下螺旋桨布局对其水动力性能的影响

为了研究全附体尾流作用下多桨船尾部螺旋桨布局对其水动力性能的影响,本文以某四桨船舶为研究对象,对船体、螺旋桨以及舵、轴支架、轴包套、呆木等附体进行整体建模,通过改变船后螺旋桨的相对位置,采用CFD软件计算得到了在全附体尾流作用下不同的螺旋桨布局对螺旋桨水动力性能方面的影响差异。结果表明,外前桨的纵向移动对于前后桨的效率影响不大;外前桨的横向移动对内后桨的水动力性能影响较大,当前后桨横向距离为1倍螺旋桨直径时,内后桨的推力系数最大增加8.9%,扭矩系数最大增加5.9%,船后效率最大增加2.8%。计算结果对于工程应用具有一定的参考价值。     

多桨船舶自航因子数值预报

以某四桨水面船舶为研究对象,基于RANS方法和滑移网格技术,建立船、附体和螺旋桨整体计算模型,并运用小范围改变螺旋桨转速的方法和前后桨分别计算的方法预报该船的自航因子。结果表明：四桨船舶内、外桨的自航因子并不相等,内后桨的实效伴流分数和推力减额分数均比外前桨的大;提出的方法计算结果可靠,能够体现四桨船舶自航因子的差异性,并且符合推力减额与伴流关系的一般规律,可为多桨船舶的自航试验提供依据。     

多桨船舶螺旋桨水动力性能分析研究

以某船四个MAU型螺旋桨为研究对象,应用FLUENT有限元方法建立船舶尾部与螺旋桨有限元模型。计算各桨的推力、推力系数、扭矩、扭矩系数,以及敞水效率,并与回归公式计算结果进行对比。研究表明,内后桨的推力和扭矩要大于外前桨,,但两者的敞水效率基本相同;有限元方法和回归公式的计算结果基本一致,误差在8%以内,说明FLUENT有限元方法具有较高的计算精度,可用于多桨船舶的船?桨、桨?桨水动力性能分析。     

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。     

多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真

为解决常规船舶螺旋桨物理动力特性仿真在多桨环境下仿真特性分析精度较低的不足,提出了多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真研究。基于多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真平台的搭建,引入多桨动力特性仿真算法,完成多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真模型的构建;依托多桨船舶螺旋桨推进动力特性、受阻动力特性分析,实现了多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真。试验数据表明,提出的动力特性仿真较常规特性仿真方法,仿真特性分析精度提高54.45%,适用于多桨船舶螺旋桨物理动力特性仿真。     

螺旋桨工作模式对四桨船操纵性影响试验研究

针对四桨船航行过程中存在着四桨工作、两内桨工作外桨自由或者两外桨工作内桨自由的情况,在开阔静水水域中进行了大尺度自航模回转试验和Z形试验,对比分析了不同螺旋桨工作模式下自航模型操纵运动规律。结果表明,两内桨工作时的回转性指数、转艏指数比四桨工作时高,四桨工作时比两外桨高;两内桨工作时的应舵指数比四桨工作时低,四桨工作时比两外桨低。因此,两内桨工作模式下自航模的回转性、稳定性、应舵性均优于四桨及两外桨工作模式下的值。     

基于字典排序方法的螺旋桨优化设计

为实现螺旋桨效率在一定的设计进速系数范围内的最佳化,本文以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力和空泡性能为约束条件建立优化数学模型,基于字典排序方法对优化模型进行求解。得到了优化后的螺旋桨螺距比径向分布,并将优化结果与以设计航速点的螺旋桨效率为目标进行优化后的结果进行对比。结果表明,由于船舶航行时航速的变化,以设计航速点的效率为目标进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围内多个工况点对应的效率。     

基于CFD的电力推进系统机桨匹配特性研究

为分析异步电机带定距桨电力推进系统的机桨匹配特性和规律,考虑船舶运营后的污底阻力,通过建立船舶污底与粗糙度的对应关系,数值模拟分析某型电力推进船舶阻力变化规律。基于STAR-CCM+软件建立数值水池,模拟分析常规螺旋桨设计与优化螺旋桨设计下的敞水虚拟试验、阻力虚拟试验和自航虚拟试验结果,结合机桨匹配点设计对实船尺度下的航速性能进行预报。通过研究发现：在船舶设计阶段减小定距螺旋桨的螺距比,可以使得新船的螺旋桨以较轻的负荷运转,从而获得较高的航速性能,对于异步电机带定距桨电力推进船舶机桨匹配设计具有借鉴意义。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

基于热-结构耦合的螺旋桨无键联接可靠性研究

螺旋桨的安装质量直接影响船舶的航行安全。由于航行中环境温度的变化,导致螺旋桨无键联接的可靠性发生改变,但难以运用仪器对其进行有效的监测。利用Pro/E建立桨-轴无键联接的三维模型,运用ANSYS的热-结构耦合方法分析:船舶在温度0℃~35℃的水域航行时,螺旋桨无键联接的接触压力、等效应力的变化量。通过仿真值与理论值的对比分析,结果表明,螺旋桨无键联接的接触压力、等效应力随温度的升高近似成线性的减小;桨-轴的应力在接触边缘区域存在奇异性;温度是影响过盈量选取的一个重要因素,在螺旋桨安装选取过盈量时应将理论值增加一个安全系数。     

运用周期性边界条件预报螺旋桨的敞水性能(英文)

Mathematical models of propellers were created that investigate the influence of periodic boundary conditions on predictions of a propeller’s performance. Thrust and torque coefficients corresponding to different advance coefficients of DTMB 4119, 4382, and 4384 propellers were calculated. The pressure coefficient distribution of the DTMB 4119 propeller at different sections was also physically tested. Comparisons indicated good agreement between the results of experiments and the simulation. It showed that the periodic boundary condition can be used to rationally predict the open water performance of a propeller. By analyzing the three established modes for the computation, it was shown that using the spline curve method to divide the grids can meet the calculation’s demands for precision better than using the rake cutting method.     

螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响,开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究;分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动,得到了不同航行状态下舰船的振动响应;计算结果表明:高航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响,低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大;对于同一航速而言,双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大,从减小振动角度出发,宜采用四桨同时推进的方式航行.     

模型螺旋桨唱音消除方法的试验研究

模型螺旋桨噪声试验中.唱音是影响噪声测试与数据分析的主要干扰,必须予以消除.为此,开展了模型螺旋桨唱音消除方法的试验研究.试验中从改变模型螺旋桨叶片表面流态的角度设计了几种消唱方案,并完成噪声测量试验.文中对不同方案的噪声试验结果进行分析,并评估了各方案的消唱效果,为形成模型螺旋桨唱音消除方法建立了基础.     

面元法预估导管螺旋桨水动力性能的一种新方法

采用一种新的方法预估导管螺旋桨的水动力性能；导管和螺旋桨均采用基于速度势的面元法，它们间的影响通过相互的诱导速度势数值迭代来体现．与诱导速度体现相互影响的方法相比，本文方法可节省编程及计算时间；对JD系列导管螺旋桨的计算与实验结果的比较表明，该方法可以有效地预估导管螺旋桨的水动力性能．     

空泡螺旋桨诱导的船体脉动压力预报

本文用空泡预报的结果,在桨叶面和尾涡面布置强度已知的源汇和偶极子,计算了空泡螺旋桨诱导的脉动压力.真实的船体表面形状可以通过在船体表面布置偶极子来考虑,求得船体表面的偶极子强度后,通过Bernoulli方程可得到船体表面的脉动压力.为了便于同已有的试验数据进行比较,本文计算了空泡螺旋桨诱导的平板脉动压力.     

双桨客货轮自航船模操纵性试验研究

本文通过一组典型双桨船型,即常规船型、双尾鳍型及双尾型船的自航船模操纵性试验,探索了双桨船的操纵特点,分析研究了螺旋桨旋向及船型对操纵性的影响规律。研究表明:内旋桨使回转性及错车性能略有下降,但错车仍有正常转向,车舵并用能得到理想的效果。内旋使倒航性能大为改善,使倒航可操。单机倒航时出现有规律的反常转向,可利用作为倒航的操纵手段。双尾鳍船的回转性能优于另两种船型,倒航性能及车舵并用的转首性能亦优于常规型船,是具有良好操纵性的一种船型。双尾鳍船型配以内旋桨方案有广阔的应用前景。     

船用螺旋桨的应用与发展趋势

回顾了船用螺旋桨的历史演化过程。对不同船舶工作条件下的一些特种螺旋桨特点进行了分析，重点介绍了几种新型螺旋桨的构造与应用，指出了今后螺旋桨设计的发展方向。     

面元法预估导管螺旋桨定常性能的一种简便方法

用基于速度势的低阶面元法建立预估导管螺旋桨定常性能的计算方法,即对导管和螺旋桨都采用面元法,在计算面元的影响系数时计入导管和螺旋桨的相互影响。将对JD简易导管桨的计算与实验结果进行比较表明,该方法可以有效地应用于导管桨的定常性能计算。     

Prediction of Hydrodynamic Performance of Marine Propellers by Surface Panel Method

The potential based low order surface panel method is used to predict the hydrodynamic performance of marine propellers. In present method the hyperboloidal quadrilateral panels are employed to avoid the gap between the panels. The influencecoefficients of panels are calculated by Morino's analytical formulations for increasing numerically calculating speed.The pres-sure Kutta condition is satisfied on the trailing edge of propeller blade by Newton-Raphson iterative procedure.Therefore the     

A new functional optimization method applied to the pitch distribution of a marine propeller

Based on Hilbert space theory, an infinite-dimensional optimization method to find the optimal pitch distribution of marine propellers was developed. Thereby, the three-dimensional effect of induced velocity could effectively be controlled in an optimal way; i.e., an investigation was carried out to learn whether the present method is applicable to the design of marine propellers, especially pitch distributions, by maximizing the propeller efficiency functional. In addition, with the help of Hilbert space theory, it was successfully shown that the optimization method developed has a unique mathematical solution. In this work, only the pitch distribution was optimized, while other parameters such as the camber and thickness of the trial propeller remained as in the original. With a numerical study, it is shown that the present optimization method gives an optimal pitch distribution, the open-water characteristic curve being superior to the original curve. Received: August 24, 2000 / Accepted: July 16, 2001