不同螺距拟合方式对螺旋桨优化效果的影响分析

螺距是船用螺旋桨桨叶重要的几何参数,对螺旋桨水动力性能的影响较大。在螺旋桨优化设计过程中,不同的螺距拟合方式不仅得到的螺旋桨桨叶几何形状的光顺程度不同,而且优化效果也不同。本文以DTRC438X系列桨为母型,结合粒子群优化算法和螺旋桨水动力性能的面元法理论预报程序,以提高螺旋桨敞水效率和限定推力系数值为目标,分别采用B样条曲线和贝塞尔函数拟合螺距方法进行螺旋桨各剖面螺距(桨叶其它参数与母型桨相同)的优化设计。对比两种方法各自优缺点,重点分析优化后螺旋桨的敞水效率、压力分布及环量分布并考虑侧斜的影响。经对计算结果分析表明:两种方法都得到了较好的优化效果,而采用B样条曲线拟合螺距方法的优化效果要优于贝塞尔函数法     

提高调距桨水动力性能预估精度的一个途径——计及桨毂的影响

由于调距桨桨毂内部需要安装转动桨叶角度的机构,其毂径比较常规桨者要大,因此桨毂的存在不仅影响近毂处桨叶剖面上弦向压力的分布,而且还影响螺旋桨的敞水性能。为此,本文提供了一个计及桨毂影响的升力面方法。桨毂的影响以布置在其表面上的面源分布来模拟,螺旋桨叶采用离散的涡格法来处理。计算结果证实了:桨毂的存在明显影响近毂处剖面的弦向压力分布,对于大毂径比螺旋桨计及桨毂影响后将有利于提高计算精度。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

基于涡格法的任意环量分布螺旋桨数值设计方法

基于升力面理论涡格法提出了一种任意环量分布螺旋桨的数值设计方法,该方法对假定的桨叶拱弧面几何和螺距分布,利用涡格法求解其环量面分布,并根据该分布与给定分布的差,通过Newton-Raphson迭代获得拱度和螺距的修正量,从而逐步逼近具有给定环量分布的桨叶几何。以DTNSRDC-4382大侧斜桨为对象进行了数值考察,结果表明:设计方法具有良好的网格收敛性;拱弧面几何及螺距分布的初值在合理范围内变化时,设计结果无初值依赖性;与RANS计算相结合,本文方法可达到较高的水动力设计精度。     

基于Boltzmann方法的手动可调螺距桨敞水特性

针对船舶长期服役后出现的船、机、桨不匹配问题,采用Boltzmann方法建立手动可调螺距螺旋桨的数学模型,对手动可调螺距螺旋桨进行敞水特性计算,结果表明:手动可调螺距螺旋桨随着螺距角的增大,其推力、转矩逐渐增大,当进速较小时,桨叶螺距角小的效率高,进速较大时桨叶螺距角大的效率高,并且桨叶螺距角有一定的工作范围,另外随着...     

特殊导管螺旋桨桨叶强度校核方法

对新型电力推进装置——电机/螺旋桨一体化推进器进行强度校核方法的探讨。采用分析计算法,计算电机一体化导管桨桨叶在静态负荷下的强度。在保证螺距沿径向分布、厚度沿径向分布的光顺前提下,以等强度方法将桨叶厚度减小,并用Fluent软件数值模拟桨叶厚度减小前后模型的水动力性能,对比发现,其结果误差较小,表明该强度校核方法的可行性。     

弦向负荷分布对螺旋桨效率影响的分析

船舶螺旋桨性能设计主要集中在效率和空泡性能两个方面.在螺旋桨理论设计中,采用径向最佳环量分布有助于桨效率的提升,然而关于弦向负荷分布对效率影响的研究很少.论文采用不同的弦向负荷分布对一艘集装箱船的螺旋桨进行升力面理论设计,并加工桨模,在中国船舶科学研究中心的大型循环水槽中对桨模进行船后水动力试验.通过对各桨效率的比较,...     

螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析

为了预报毂帽鳍的水动力性能,采用计箅流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行计算研究.模拟某型毂帽鳍在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨桨叶表面压力分布和桨毂表面速度矢量分布情况等.通过加鳍螺旋桨与母型桨相关计箅结果的对比,得到:在低进速系数情况下,螺旋桨加鳍后使得推力系数上升、转矩系数下降,导致其效率有所增加;同时由于鳍的存在,改变了桨毂处水流的速度分布,使得原先围绕桨毂随螺旋桨方向旋转的水流沿着鳍向桨后运动而不在桨毂处汇集,从而减弱了桨毂涡流.     

螺旋桨性能和压力分布预估方法的改进

本文提供了一个预估螺旋桨性能的升力面数值计算方法。该方法引入了一种新的螺旋桨尾涡模型,用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,以考虑尾流收缩等非线性影响。应用离散的涡、源奇点系作升力面数值计算.编制了螺旋桨性能及桨叶表面压力分布的计算程序。对DTNSRDC系列侧斜桨和AU型桨计算了桨叶上环量径向和弦向分布、螺旋桨敞水性能、桨叶上压力分布和桨后尾流场,并与相应的试验结果和其他方法的计算结果分别进行了比较。比较结果表明,利用本文提供的方法可望提高大侧斜螺旋桨性能的计算精度。     

升力分配系数对螺旋桨正倒车水动力性能影响的数值分析

[目的]基于数值模拟方法研究螺旋桨几何参数对其正倒车水动力性能的影响规律.[方法]以某33000 DWT成品油轮为应用对象,采用RANS方法并结合Realiazable k-ε湍流模型,对与其相匹配的1个图谱桨与3个理论桨在正车前进和倒车后退工况下的水动力性能进行数值仿真,讨论升力分配系数、螺距与拱度组合方式对螺旋桨正...     

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     

基于涡格法的螺旋桨剖面拱线设计

船舶螺旋桨的叶剖面形状与其负荷形式、效率、空泡等水动力性能密切相关。剖面拱线与剖面的负荷分布有直接关系。为了设计给定负荷分布的剖面拱线,提出用升力分布定义螺旋桨剖面拱线的负荷分布,在此基础上对升力分布进行参数化表达,并进行拱线设计。拱线的设计采用Newton-Raphson迭代方法使拱线的升力分布满足给定值,拱线的性能计算采用基于薄翼理论的二维涡格法。计算表明：涡格法与Newton-Raphson迭代方法相结合能够精确并快速设计满足给定升力分布的拱线。最后,修改升力分布的部分参数,并由此设计了SJ系列拱线供剖面设计参考。     

基于CFD分析的调距桨水动力性能研究

为了掌握工程设计中调距桨在各种工况下的性能,分析调距桨在调距过程中不同螺距角下桨叶的水动力性能,比较不同螺距角下桨叶产生的推力、转矩和转叶力矩,总结出桨叶推力、转矩和转叶力矩随螺距角变化的规律,计算结果与理论设计值结果基本一致,为工程中调距桨的设计提供参考依据。     

基于伴随方法的螺旋桨参数影响分析

为探究螺旋桨各参数对螺旋桨性能影响关系,从面元法基本方程和面元法边界条件出发,建立螺旋桨参数影响分析的伴随方法.通过分析等压库塔条件,建立了伴随方程,基于伴随方程探究了螺旋桨性能与参数之间的敏感导数求解公式.选择DTMB4381桨作为研究对象,开展螺旋桨推力系数与螺距分布和拱弧分布之间的敏感导数求解,得到不同参数对螺旋桨性能的影响规律.数值结果表明,伴随方法计算得到的敏感导数与传统方法计算结果具有很好的一致性,但伴随方法的计算时间更短,且随着变量个数的增多,伴随方法计算效率的优势越大.     

Kappel桨与传统螺旋桨噪声对比试验

为检验Kappel桨的噪声性能,在海军工程大学空泡水洞进行背景噪声测量及2种桨模噪声对比试验.本次试验共设计16组工况,分别测量2种桨在无空泡和有空泡时的噪声.由测量结果分析可知,海军工程大学空泡水洞的声学性能满足试验要求,噪声信号在1~20 kHz范围内可获得较高的信噪比.无空泡时,Kappel桨与传统桨的辐射噪声相当;在相同转速空泡数σ_n下,Kappel桨的空化辐射噪声高于传统螺旋桨的,同时观察其空泡形态,与传统螺旋桨相比Kappel桨的空泡形态要为剧烈,表明在空泡性能方面Kappel桨要低于传统螺旋桨,在Kappel桨的设计过程中应综合考虑螺距与拱弧的关系以改善Kappel桨的空泡性能.     

调距桨桨毂机构水动力负荷加载方式仿真研究

本文首先对某调距桨进行了CFD仿真分析,然后将CFD计算得到的桨叶分布式压力负荷加载至调距桨桨毂有限元模型的桨叶上进行有限元静强度仿真计算,并与多点约束集中(MPC)加载方式的计算结果进行比较。因分布式压力加载方式更接近真实加载情况,更适应于精度要求较高的高负载调距桨桨毂设计,与分布式压强加载相比,虽然MPC加载方式精度较低,但因其载荷加载处理与仿真计算时间大为缩短,得到的结果偏安全,因此适用于一般的工程强度估算校核。     

基于CFD的导管调距桨尺度效应研究

常规螺旋桨在进行水动力实验时,需要满足临界雷诺数的要求,这样,实桨的尺度效应就可以忽略。但是,对于非常规螺旋桨,如导管螺旋桨,尺度效应能否忽略值得研究,因为机翼型导管和螺旋桨水动力性能各自随几何尺寸变化的规律不一致。基于CFD计算方法,对某导管调距桨的尺度效应进行数值研究。在获得可靠的数值模拟方法后,数值模拟了两个螺距比和两个进速下不同尺寸导管螺旋浆的流场。比尺包括1、1.7、3.4、4.25、8.5和17共6个几何尺寸。计算结果表明,导管螺旋桨敞水性能的尺度效应比预期的要明显。随着尺寸增大即雷诺数增大,导管的推力先略有增加后基本不变,螺旋桨的扭矩和推力略有下降,但效率有所增加;小螺距比工况下的尺度效应要比大螺距比的大。     

37500方LEG运输船螺旋桨毂帽鳍设计研究

毂帽鳍是一种通过回收螺旋桨毂涡旋转能量来达到节能效果的船舶桨后节能装置。本文针对我公司承建的37500方LEG运输船,运用CFD软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,着重考察了毂帽鳍的根部螺距角、错位角、直径比及纵向位置等因素对效率的影响,通过多方案优选设计了适用于该船的毂帽鳍方案,并对该方案进行了模型试验验证。结果表明：在螺旋桨工作点时,螺旋桨效率提高了1.26%。考虑到模型试验的尺度效应,在实船应用时其节能效果将更加显著。