螺旋桨空泡与脉动压力及振动特性研究

为了提高螺旋桨效率,在船舶螺旋桨设计中通常会增大桨叶梢部载荷。桨叶在旋转过程中不断地重复进入和退出船体尾流场,使得梢涡空泡容易发生猝发(bursting)现象;另外由于尺度效应的存在使得梢涡空泡在实船螺旋桨上比模型试验观测到的更为强烈,猝发现象更容易发生并且更为剧烈;当梢涡空泡猝发产生时将引起脉动压力高阶量或宽带谱的增大,从而引起相应的船体振动或严重的噪声。本文通过对3 600箱集装箱船实船螺旋桨梢涡空泡猝发现象与脉动压力、振动等特性关系的分析,研究了螺旋桨梢涡空泡猝发引起的脉动压力高阶量或宽带谱特性以及相应的振动等特性。结果表明:船体振动宽带谱特性与螺旋桨梢涡空泡的猝发有关;螺旋桨梢涡空泡猝发引起的船体振动高阶量特性比脉动压力高阶量更为强烈。     

某伴流补偿导管对螺旋桨空泡及 空泡剥蚀性能影响研究

文章介绍了中国船舶科学研究中心大型循环水槽中开展的某散货船有、无伴流补偿导管下螺旋桨空泡、空泡剥蚀性能对比试验研究,并深入分析某伴流补偿导管对空泡形态、空泡剥蚀性能影响及导管设计过程中需注意的问题。试验结果表明:前置伴流补偿导管会增加螺旋桨表面空泡面积及空泡诱导的船体脉动压力一阶叶频分量,且不合适的伴流补偿导管安装方式会增加桨叶空泡剥蚀风险。     

两艘多用途船的螺旋桨设计研究

以2艘多用途船螺旋桨设计为例，运用螺旋桨理论设计与模型试验为手段，探索了特定条件下加大桨叶后倾角（增加桨叶梢与船底板间隙）、改变螺旋桨叶面积以及增加桨叶侧斜角对诱导脉动压力和效率的影响。结果表明：采用减小空泡裕度增加盘面比的措施，对降低脉动压力的效果最为显著；增大侧斜角措施的效果居中；通过改变后倾角增大叶梢与船底板间隙的措施，降低脉动压力效果相对要小一些。     

多桨船双臂支架空泡性能优化及其对螺旋桨空泡性能影响研究

水面多桨船舶在高速航行时,其双臂支架极易产生较强的不稳定的片状空泡,此空泡不仅会增加支架空泡剥蚀的风险,还会因为支架空泡的存在,加大伴流的不均匀性,从而增加螺旋桨叶片上空泡的不稳定性。本文采用新型双臂支架设计、加工、装配方法,在大型循环水槽内利用全附体船舶模型进行了双臂支架空泡性能优化的系列试验。试验结果表明,支架空泡性能对其角度的变化极为敏感,合适的支架角度不仅能显著改善支架本身的空泡性能,亦可改善螺旋桨叶片上的空泡特性。     

Activities of Propulsion Design and Cavitation Test for Merchant Ships in CSSRC

文章介绍了过去10年间在中国船舶科学研究中心(CSSRC)进行的商用船舶螺旋桨设计和空泡、脉动压力试验方法及应用;介绍了利用试验手段解决实船螺旋桨出现的空泡剥蚀、螺旋桨空泡引起的船体剧烈振动等工程问题的方法;以及船舶节能装置的设计、试验方法及应用等;同时还介绍了用于高速艇的半浸桨及控制系统的设计及应用.     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。     

螺旋桨梢部卸载和叶片侧斜对降低脉动压力的作用

在中国船舶科学研究中心的空泡水筒中进行了螺旋桨空泡诱导的船体脉动压力试验。 为15000吨单桨货船设计了梢部卸载和叶片侧斜的螺旋桨。几种方案的模型试验表明,梢部卸载能使螺旋桨有较好的空泡性能,脉动压力大幅度下降。增加叶片侧斜能使空泡性能进一步改善,脉动压力进一步下降。 本文讨论了叶片上不定常空泡和伴流场模拟对脉动压力的作用。空泡体积变化和空泡破灭是产生脉动压力高频分量的原因。     

新型高效、低振动螺旋桨

船舶向肥大型化、高速化方向发展，船舶主机功率剧增，螺旋桨激振力引起的各类振动以及螺旋桨本身发生空泡剥蚀，影响了船舶的使用性能．本文介绍了能很好降低螺旋桨激振力的最近开发的高效和低振动两个系列螺旋桨情况和一些比较试验结果。     

勃立尔-高恩空泡图在高速艇上的实际应用

<正> 对于一般的运输船舶,它的螺旋桨采用楚思德B型往往能得到满意的效果。在校核螺旋桨会否产生空泡剥蚀或降低推力时,通常是应用勃立尔(L.C.Burill)的空泡图(图1)来校核,以便求得适宜的盘面积。图1中最低一条线表示2.5％面积有空泡的限界线,此时虽有空泡,但剥蚀尚未开始,推力也没有下跌。常规螺旋桨常要求设计在这条限界线的右边以避免空泡剥蚀和推力下降。但缺点是偏于保守,使得盘面积取得过大,造成效率损失.2.5％面积有空泡的限界线可用下式来表达:     

螺旋桨空泡和噪声特性试验研究

本文通过螺旋桨空泡噪声模型试验,研究螺旋桨空泡和噪声特征,以及螺旋桨不同阶段空泡和噪声的关系,探究螺旋桨噪声产生及控制机理.建立了螺旋桨空泡和噪声同步测试方法,针对2400 TEU集装箱船螺旋桨开展模型试验.从螺旋桨模型试验结果分析得出:片空泡脱落形成梢涡空泡产生的噪声量级最高,且具有宽带特性,梢涡空泡噪声量级次之;模型状态下片空泡脱落形成梢涡空泡,以及独立的梢涡空泡引起的空泡噪声均在1000 Hz附近存在明显峰值,对应实桨的峰值频率为50-60 Hz.     

螺旋桨几何形状对其水下噪声的影响

高性能、低噪声的螺旋桨表现在其叶梢早期空泡很少，即使空泡扩展也能使噪声降到允许值以下。这里提供了几种可改变外形的螺旋桨以研究其几何形状对噪声的影响。通过螺旋桨模型试验，测试在有空泡产生状况下的早期空泡数量和水下噪声，研究发现早期空泡数量低的螺旋桨产生的噪声也并不总是处于较低等级。另外，根据试验和CFD分析结果找出几种低噪声螺旋桨的设计思路。     

螺旋桨稍涡空泡引起异常振动及噪声研究

螺旋桨作为船舶推进的重要设备，空泡现象几乎不可避免且成因十分复杂，本文研究该船在未更换螺旋桨的情况下，顺利解决了由“稍涡空泡”引起的异常振动和噪声问题，为最终解决螺旋桨“空泡”问题提供一定的参考价值。     

某科考船螺旋桨空泡和脉动压力性能试验

为了准确预报螺旋桨空泡和脉动压力性能,以东方红3科考船螺旋桨为研究对象,分别在减压水池和空泡水筒进行了空泡和脉动压力模型试验研究,对荷兰MARIN减压水池的试验方案进行了论述,并对比分析了减压水池和空泡水筒的试验结果。试验结果表明, 东方红3船螺旋桨空泡性能优秀,在最关心的11kn工况,螺旋桨无任何型式的空泡出现;在11kn和15kn工况,螺旋桨脉动压力非常轻微, 本船不会产生螺旋桨引起的振动问题。螺旋桨应该能够满足挪威船级社DNV-GL Silent-R的低噪声要求。     

斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角，船舶在水面航行时，螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性，论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究，并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明，数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可靠性。     

应用涡流发生器抑制联体涡空泡研究

为解决某散货船螺旋桨模型空泡试验中发现的桨一船联体涡空泡,以及由此而引起的船体强烈振动,文中通过试验进行了涡流发生器控制桨一船联体涡空泡的应用研究.研究结果表明:船体周围的流动是造成桨一船联体涡空泡的主要原因,通过改变桨的设计不能根本解决问题;通过安装适当的涡流发生器能够成功抑制桨一船联体涡空泡的产生,并使螺旋桨空泡诱导的船体脉动压力减小1/2～1/3左右.     

4250 TEU集装箱船舵空泡试验研究

大型集装箱船航速高,主机功率大,实船航运中半平衡舵上易产生由空泡引起的剥蚀危害。为改善这种状况,在船研所空泡水筒进行了4 250 TEU集装箱船舵空泡试验研究。观察操舵过程中舵空泡产生的情况,探讨降低舵剥蚀的方法,延长舵的有效使用年限。     

某科考船螺旋桨空泡和脉动压力性能试验

为准确预报螺旋桨的空泡性能和脉动压力性能,以某科考船螺旋桨为研究对象,分别在空泡水筒和减压水池进行空泡和脉动压力模型试验。对荷兰MARIN减压水池的试验方案进行论述,并对比分析空泡水筒和减压水池的试验结果。试验结果表明:目标船螺旋桨的空泡性能优秀,在11 kn航速工况下,螺旋桨无任何型式的空泡出现;在11 kn和15 kn航速工况下,螺旋桨的脉动压力非常小,该船的螺旋桨不会引起振动问题。螺旋桨应能满足挪威船级社DNV-GL Silent-R的低噪声要求。     

船舶螺旋桨空泡噪声研究

从空泡运动机理、数值计算方法及试验研究三方面对船舶螺旋桨空泡噪声最新的研究动态作了简单回顾.理论方面给出Rayleigh方程的应用范围;数值计算方面,将FWH方程方法应用于船舶螺旋桨噪声计算.结合所做试验,考虑了水中含气量对船舶螺旋桨空泡噪声的影响.同时对进一步需要开展的螺旋桨空泡噪声工作进行了展望.     

高低工况螺旋桨空泡性能试验与机桨匹配设计

对某型测量船螺旋桨的脉动压力进行了理论估算,并开展不同螺距比的螺旋桨空泡性能模型试验,预报不同设计工况的空泡性能及脉动压力,获得了不同螺距下的背空泡及面空泡限界,尤其是小螺距比下的面空泡斗特性。在此基础上,针对目标船不同任务模式下的使用要求,结合主机特性,对其高低航速工况进行了机桨匹配优化设计。实船试验结果和使用情况表明,机桨匹配设计较为合理。