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。     

基于数值试验及实船试航的喷水推进器改型设计

采用基于雷诺时均法的SST湍流模型对"某轴流式喷水推进泵+进水流道+船体"系统进行数值计算,查找出了该喷水推进泵和进水流道设计存在的一些问题。依据该船体阻力、设计航速和主机功率等参数重新对该船喷水推进器进行选型,进而运用三元的方法对喷水推进泵进行设计,利用参数化设计的方法对流道进行设计。采用了数值试验的方法校核新设计的混流式喷水推进器流体动力性能,计算结果表明:新设计喷水推进泵和进水流道性能优异,并且能够较好地满足快速性指标。最后,对改进设计的喷水推进器进行了快速性预报和实船试航,试航结果表明新设计混流式喷水推进器推进航速超过设计航速9.4%,并且数值预报航速与试航结果误差为1.5%,这既验证了设计方法的有效性,也验证了所采用的数值模型的准确性。     

混合推进船舶"船-泵+桨-机"匹配方法研究

为提高混合推进船舶推进系统的性能,分析了"船-泵+桨-机"的匹配方法.介绍了"船-桨-机"与"船-泵-机"的匹配方法、思路与步骤,着重研究"船-泵+桨-机"匹配中的泵、桨负载分配对推进性能的影响.以调距桨特性曲线与喷水推进推力曲线进行混合推进舰船的快速性计算,螺旋桨重载降低推进效率,喷水推进重载容易产生空化.为避免喷水推进泵产生空化,调距桨的螺距、转速可调范围变窄.     

实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析

对于四泵推进的喷水推进船,在巡航工况时中间加速泵通常处于锁轴状态,其拖曳阻力的大小对喷水推进器的选型以及船泵机的最优匹配有着重要影响。然而,拖泵阻力很难通过船模试验的方法获得。为此,该研究在验证均匀和非均匀条件喷水推进器数值模型的准确性基础上,采用数值试验的方法对18节航速下某双泵推进喷水推进船的实尺度"船体+两台喷水推进器"系统带自由液面的流场进行了数值模拟,计算此时喷泵拖曳阻力及其所占船体阻力的百分比。以此喷泵拖曳阻力作为参考,对尺寸与上述喷水推进泵相近的某四泵推进喷水推进船的喷泵进行了选型和设计,并对该船在18节航速下加速泵拖曳阻力的大小进行了计算,进一步验证选型时拖曳阻力取值的合理性。为消除尺度效应的影响采用实尺度模型对"船体+四台喷水推进器"系统带自由液面的非定常流场进行计算,并探索了大尺度条件下船泵系统考虑自由液面和重力影响的非定常计算方法。     

16000 m~3 LNG船快速性优化及试验

为提高16 000 m~3 LNG船快速性,设置球鼻首和双尾鳍型双桨,采用CFD软件和CAD软件进行型线优化和水动力性能优化,为了检验设计的船机桨匹配效果和预报实船航速,对优化方案进行快速性试验,结果表明,优化后的16 000 m~3LNG船阻力性能和推进效率较高,机桨匹配良好,可用于实船建造。     

船舶单桨工况拖转调距桨性能计算及其对快速性的影响分析

利用CFD方法对某调距桨敞水特性进行数值计算,并利用实验数据对计算结果进行校验。对于该桨各螺距下大进速系数时的敞水性能采用CFD计算结果与二次曲线逼近相结合的方法获得,以适当扩大调距桨的敞水特性曲线在水涡轮工况的范围。建立了某推进装置主机、传动装置、调距桨、船体阻力的数学模型,在Simulink环境下集成为"船-桨-机"推进系统仿真模型。对单桨工况的稳态特性进行仿真计算,着重研究了不工作调距桨自由拖桨时的拖桨阻力。结果表明:1)不工作桨自由拖转时,将不工作桨螺距设定为最大值时拖桨阻力最小,船舶的快速性最好;2)航速和不工作桨螺距是影响不工作桨拖桨阻力的主要因素,航速越高,拖桨阻力、拖桨力矩以及拖桨转速越大;不工作桨螺距越大,拖桨阻力越小,拖桨力矩与拖桨转速先略微增加而后减小至最小值。     

三桨船舶模自航试验的数据处理分析

三桨船船模自航试验时，由于三个螺旋桨之间会发生相互干扰，螺旋桨的负荷及克服的 船舶阻力也不尽相同；本对三桨船自航试验时各桨的推力减额及船的阻力分配问题进行了探讨；并对三桨船自航试验结果的数据处理分析方法作了探讨，提出应首先按螺旋桨的有效推力来分配各桨克服的船的阻力，再进行推进因子分解的数据分析方法。     

基于遗传算法的三体船快速性仿真分析

以三体船船模为研究对象,通过理论研究、船模试验、数值模拟三者相结合的方式,对其快速性进行研究。在快速性试验的基础上,笔者基于ISIGHT-FD软件平台,建立数学模型,从船舶阻力和船舶推进相结合的角度出发,选用遗传算法建立辨识系统,分析该三体船船模的片体布局对其快速性的影响以及船、机、桨的配合情况。最终,通过绘制的剩余阻力曲线和敞水效率曲线,验证辨识结果并加以预报。     

多桨船附体阻力的预报方法

多桨船是舰船的必要船种，而“多桨船附体阻力预报方法”是多桨船实船快速性预报的基础。对现有附体阻力预报方法进行归纳，介绍了经验公式估算方法、船模试验估算方法和CFD数值计算方法的基本原理，讨论现有方法对于多桨船附体阻力预报的可行性，具有实际意义。     

基于推力数值计算的喷水推进船快速性预报与验证

为实现对喷水推进船航速的快速、精准预报,基于ANSYS-CFX软件平台建立喷水推进器推力的计算流体力学(CFD)模型,采用分块六面体结构化网格离散计算域,采用稳态多参考系法求解雷诺时均的Navier-Stokes方程和SST湍流模型,对喷水推进器内的流场进行数值模拟.采用壁面积分法获取喷水推进器的等转速推力曲线,将其与船阻力曲线相叠加,通过求曲线的交点预报航速.选取可提供推进特性图谱的船A、带双级轴流式喷水推进器的船B和带混流式喷水推进器的船C为例,验证该方法的准确性.结果表明:船A配置的喷水推进器的推力计算值和航速预报值与厂商提供的数值吻合良好,船B和船C的航速预报结果均与实船试航值比较接近,最大偏差小于0.5 kn.结果验证了计算模型的可信性和适用性,进一步表明该方法可较好地指导喷水推进器厂商根据船舶所有人的需求便捷地选出合适型号的喷水推进器.     

船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析

研究船体与喷水推进装置的相互作用,探求喷水推进装置对船体自航因子的影响。通过提出船体与喷推相互作用的水动力仿真分析方法及仿真建模过程,从实船应用出发,进行了12.9 m铝制快速测量艇与武汉船用机械有限责任公司的喷水推进装置WDJ120的相互作用的实船仿真,结果表明,安装喷水推进装置的船体在自航状态下会产生较为明显的负的推力减额及正的伴流分数,从而有效地提高了船体效率,同时随着航速的增加,船体效率的提高更为明显。     

基于CFD方法的双体风电交通运维船改造的航速估算

关于船舶改造,在设计阶段快速而又准确地估算航速相当重要。文章介绍针对某双体风电交通运维船的改造,采用数值仿真技术预报其航速。首先使用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT,对船舶在静水中的黏性阻力展开数值计算。然后通过黏性阻力占总阻力的比例,估算船舶的总阻力,绘制推进阻力曲线。从推进阻力曲线与螺旋桨的有效功率的交点即可估算出该船的航速。为了得到高精度黏性阻力计算结果,在船体表面附近网格加密,采用SST k-ω湍流模式,速度与压强耦合采用SIMPLC方法,其它离散采用二阶迎风格式。数值方法预报船舶黏性阻力技术相当成熟,发表的数值预报结果供读者参考。     

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。     

中高速船自航因子数值预报方法

以某400 t渔政船为研究对象,提出一种新的自航点确定方法,得到船舶实效自航性能,仿真计算船体阻力、螺旋桨单独水动力性能以及船舶全附体自航因子,计算结果与试验结果比较表明,新的船-桨-舵全耦合复杂系统自航计算方法既能保证计算精度又能缩短计算时间。     

某小型自航绞吸挖泥船快速性研究

为了研究如何在恶劣条件下保障小型自航绞吸挖泥船快速性,文章采用数值模拟的方法,在船-桨系统下对某自航绞吸挖泥船进行快速性研究,论述了船首槽道尺寸对阻力的影响,船体、导管螺旋桨水动力性能受桨轴浸深影响的变化规律,并设计出推进器的优化使用方案。     

低速作业工况船模拖带自航试验

针对多工况船舶低速作业工况下的螺旋桨设计及拖力预报问题,在船模拖带自航试验及实船拖力预报一般方法的基础上,提出拖带自航试验应采取固定航速变拖力的方式进行,以考虑不同拖力对螺旋桨负荷及推进因子的影响。以一艘拖网渔船为例,分别采用常规方法及所提出方法进行拖带自航试验及实船拖力预报并进行比较,分析拖力大小对推进因子的影响规律。结果表明,拖航工况下推进因子随船模拖力变化而变化,采用所提出拖带自航试验方法可更真实地模拟实船低速作业工况下的螺旋桨负荷,且预报实船拖力更为方便和直观。     

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。     

图谱设计在某近海船舵桨用导管螺旋桨的应用

应用图谱设计方法对某近海船舵桨用导管螺旋桨进行了设计,并进行了实船系柱推力性能预报.通过导管螺旋桨的敞水性能试验,得到了其敞水性能曲线,同时预报了该船在系柱状态下的实桨推力,最后与实船试航结果进行了对比,得出相关结论.     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过 CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。