对转式全回转舵桨的立柱优化分析

[目的]旨在研究立柱对对转式全回转舵桨敞水性能的影响。[方法]采用基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报,研究流场特性并监测后桨伴流,分析优化前后立柱尾部的流动分离现象。[结果]结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使得整个舵桨的敞水推进效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计且切面引入拱度的优化方案,使得敞水推进效率提高1.15%。另外,模型尺度的立柱尾部流动分离比实尺度的严重。[结论]研究表明,优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义。     

New method for predicting full-scale power performance of pumpjet propulsion system based on statistical learning北大核心CSCD

[目的]针对“适配于螺旋桨的船尾线型+泵喷推进器”构成的船舶泵喷推进系统,提出一种基于统计学习的实船快速性预报新方法。[方法]以某大型水面船舶泵喷推进系统为对象,通过神经网络学习典型推进泵的推力系数图谱曲线,综合运用船-桨配合时的K_(T)-J曲线和船体-喷泵配合时的推力特性曲线,建立“仅需船舶阻力曲线就能实现船舶泵喷推进系统实船快速性预报”的新方法,并基于船模阻力试验、泵喷模型敞水试验及船体-泵喷自航试验的测量换算结果对实船推进性能的预报结果开展精度校验。[结果]校验结果表明:在航速18~30 kn范围内,船舶泵喷推进系统的自航转速、推力和功率的预报误差可控制在5.4%以内,其中设计航速附近的误差甚至小于2%;船体-泵喷的相互作用程度介于船-桨与船体-喷泵之间且幅值相对较小,推力减额系数为趋向于0的极小值,故船舶泵喷推进系统是介于桨轴推进系统和喷水推进系统之间的产物。[结论]该预报方法有利于提升船舶泵喷推进系统实船快速性预报的能力,可为新型舰艇泵类推进系统总体设计/研究提供参考。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

长航程AUV螺旋桨的数值设计及试航验证

基于RANS计算,开展长航程AUV螺旋桨的数值设计。该AUV设计航速仅2kn,要求阻力预报具有较高的精度;为此,各个方向的网格按相同尺度减小比率,设计了三套结构化网格,对阻力计算结果进行了数值不确定度分析。基于自航和敞水模拟,分析得到了实效伴流分布;应用升力线方法设计了适伴流最佳环量螺旋桨,采用螺旋桨进行了RANS自航模拟,预报了AUV的功率-转速-航速关系,并与湖试结果进行了初步比较,结果表明该方法具有良好的精度。     

水面船自航因子CFD预报研究

针对水面船CFD标模KCS,进行基于CFD计算/模拟的自航因子预报研究。比拟基于模型试验的水面船自航因子预报,文中开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值计算/模拟。通过对CFD计算/模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子。CFD计算/模拟及分析的结果(包括:船模阻力,螺旋桨推力、扭矩、效率,实船自航因子等)都与模型试验结果进行了比较,总体上符合较好。     

RANS方法预报对转桨定常敞水性能研究

以时均化的雷诺方程结合标准k-ε湍流模式作为控制方程,采用混合面模型(MP)将对转桨非定常问题简化为定常,建立对转桨敞水性能数值模拟方法.开展了两对水下高速航行体用对转桨的敞水性能数值模拟,与试验结果及MRF模型预报结果进行了对比分析,结果表明:两种数值模拟方法均能可靠地预报对转桨的敞水性能,预报精度满足工程应用需要.     

基于CFD模拟的水面船功率性能预报研究

论文针对水面船CFD标模KCS,进行CFD计算,模拟实船功率性能预报研究。比拟基于模型试验的水面船功率性能预报,开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值模拟。通过对CFD模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子,并预报了设计航速下的实船功率。CFD计算模拟、分析及预报结果,都与模型试验及基于模型试验的预报结果进行了比较,总体上符合较好。     

由船模试验预报实船航速时需注意的一个问题

由船模试验预报实船航速时，如直接将自航试验用小桨模的敞水特性曲线作为实桨的特性曲线，有时会出现问题，必须极其谨慎。因为浆模的加工精度与光洁度会对试验结果有意想不到的影响。为保证实船航速预报的正确性。建议：１．如设计桨为图谱标准桨型，厚度及厚度发布不标准桨相差不多，螺旋桨特性曲线还是取用图谱桨资料较可靠。２．采用非标准桨型，应从比自航试验用桨模更大的桨模的敞水试验中获取螺旋桨特性曲线。     

对转桨非定常性能的CFD模拟

作为对转桨性能CFD计算研究的一部分,文章基于滑移网格模型,建立了前、后桨非定常相互作用的数值模拟方法,对两型具有不同叶数组合的对转桨进行了敞水条件的计算研究,将非定常推力、扭矩的时间平均值与相应的模型试验值进行了对比。通过非定常滑移面模型与定常多参考系模型(准定常模型)的计算结果之比较,研究了前、后桨相互作用非定常性对水动力的影响,发现:由于考虑了前桨尾涡对后桨桨叶的撞击作用,非定常模型能够比准定常模型更加精确地预报推力及扭矩的时间平均值及脉动量幅值。     

大型船舶混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性研究

对一艘75kDWT油船的裸船体阻力在采用常规桨和混合吊舱对转桨这两种情况下的水动力性能进行了CFD评估,从船-桨-舵受力、自航因子以及船后尾流场等方面进行对比,分析对转桨与船体相互干扰特性。计算结果表明,设计航速工况下,采用混合吊舱对转桨推进方式较单桨推进方式时的船后螺旋桨收到功率下降16%左右。这主要是因为对转桨的扭矩较单桨低,且对转桨推进方式下的船身效率和螺旋桨敞水效率较单桨高。     

基于MRF模型的对转桨敞水性能数值模拟方法探讨

基于RANS方程和k-ε湍流模型,建立了用多参考系模型(MRF)处理前后桨相互干扰的对转桨敞水性能数值模拟方法.开展了两对水下高速航行体用对转桨的敞水性能模拟,与试验结果进行了对比,并研究了不同的前后桨相位差对定常性能模拟的影响,结果表明:文中建立的数值模拟方法能可靠地预报对转桨的敞水性能,可作为对转桨设计的工程应用工具.     

基于CFD的双艉客船阻力特性分析

[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内。[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

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。     

水下高速航行体对转螺旋桨线谱噪声预报研究

对转螺旋浆的线谱噪声构成了水下高速航行体整个辐射噪声的重要部分，对转螺旋桨的线谱噪声是由前后桨与航行体尾流场相互作用及前后桨相互干扰所引起的。线谱噪声的预报方法是利用升力面理论和声学方法相结合实现的。文中详述了线谱噪声的理论计算方法、线谱噪声的特征和数值预报。同时也预报了尾流场的变化、前后桨间距变化对噪声级的影响等。预报值和试验结果吻合良好，整个方法对行体的性能预报、噪声源识别和桨的低噪声设计均具     

考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化

[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法（CFD-DEM）来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。     

考虑耙吸力的耙吸挖泥船阻力性能 数值分析及试验比较

自航耙吸挖泥船船体线型较为肥大，工况较多，不同工况下对阻力性能的要求也不尽相同。文中首先利用CFD建立某耙吸挖泥船数值模型，计算分析耙吸挖泥船裸船体阻力性能，并与模型试验数据进行对比，取得了一致结果。在此基础上，考虑耙吸力影响，分析不同工况下该耙吸挖泥船在装有不同螺旋桨的情况下船体及舵的阻力性能差异，通过流场分析其机理。并结合螺旋桨敞水性能，计算了新导管桨与原桨在实尺度下的推进效率及收到功率，结果表明新导管桨推进效率相较于原桨提升了约8.8%，验证了耙吸挖泥船耙吸力的合理性。     

基于重叠网格的船模停船操纵CFD数值模拟

[目的]随着国际航运业的迅速发展,港口和航道变得日益拥堵,研究大型船舶的停船性能对于航行安全至关重要。[方法]使用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,以及船舶六自由度运动和带桨多级物体运动求解模块,采用重叠网格技术,对带桨KVLCC2船模进行紧急停船操纵数值模拟。首先,控制螺旋桨转速,使船模达到稳定自航状态;然后,在某时刻控制螺旋桨倒转,以达到紧急停船操纵的目的。通过对全粘性流场的整体求解,给出船模自航以及停船操纵过程中的运动状态和细致流场信息,分析倒车效应产生的原因,并将数值预报结果与相关试验数据进行对比验证。[结果]结果显示,数值预报结果与相关试验数据间误差在5%以内,证明采用naoe-FOAM-SJTU求解器对船舶倒车停船操纵问题进行数值预报是可靠的。[结论]所采用的方法可针对停船问题为船舶前期设计和操纵方式的选择提供参考。     

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报.先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率.整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算.计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%.然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报.     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

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。