A suggestion of gap flow control devices for the suppression of rudder cavitation

This paper presents the numerical analysis of rudder cavitation in propeller slipstream and the development of a new rudder system aimed for lift augmentation and cavitation suppression. The new rudder system is equipped with cam devices which effectively close the gap between the horn/pintle and movable wing parts. A computational fluid dynamics code that solves the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations is used to analyze the flow field of various rudder systems in propeller slipstream. The body force momentum source terms that mimic flow field behind a rotating propeller are added in the momentum equations to represent the influence of the propeller and its slipstream. For detailed explication of the new rudder system’s lift augmentation and cavitation suppression mechanism, three-dimensional flow analysis is carried out. Simulations clearly display the mechanism of the lift augmentation and cavitation suppression. The computational results suggest that the Reynolds-averaged Navier–Stokes-based computational fluid dynamics reproduces the flow field around a rudder in propeller slipstream and that the present concept for a cavitation suppressing rudder system is highly feasible and warrant further study for inclusion of the interaction with hull and mechanical design for manufacturing and operations.     

Numerical study on the gap flow of a semi-spade rudder to reduce gap cavitation

The flow around the gap of a semi-spade rudder was simulated as part of an effort to minimize gap cavitation. Simulations were performed for various devices aimed at controlling the gap flow in two-dimensional and three-dimensional domains using the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations. A significant difference in the pressure field near the gap in two- and three-dimensional computations was found. In particular, the pressure field of the gap, where the local flow is dominant, and that of the main flow from the propeller were compared. Finally, a remedy for the gap cavitation that occurs between the horn and the rudder was introduced.     

Computational investigation of cavitation on a semi-spade rudder

This article examines noncavitating and cavitating flow fields around a semi-spade rudder in the ship wake and propeller slipstream based on a computational method. The article seeks to explain the erosion that can occur around the gap due to cavitation; such erosion has been reported to occur while a ship is at sea. Another area of research is the effect of the gap size and shape. The effects of erosion-evading devices such as elongated gap edges, an increased edge radius, flow control projections, and vertical and horizontal guide plates were also studied.     

挂舵臂结构裂纹的修理

文章通过对船舶挂舵臂处裂纹产生的原因进行分析,对挂舵臂处结构进行了改进,为局部受力过大处的结构设计提供参考;并对修理过程中焊接变形的控制以及修理过程中施工困难的具体情况,提出了控制变形的措施及相应修理工艺。     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

舵杆直径的选择及其与挂舵臂的匹配分析

单舵销半平衡舵的舵杆与挂舵臂的匹配设计需要提取的数据量较大,计算及优化过程也较为复杂。依据该舵系的力学模型所建立的电算方法,对舵杆与挂舵臂的强度匹配及其影响因素作较深入的分析,并从舵系的安装、舵杆的变形等角度提出了对舵杆直径的选择建议,得出的方法和结论可供参考。     

基于CFD方法的6500TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

舵的空泡腐蚀研究在船型优化设计和新船型开发中具有重要意义。文章以6 500 TEU集装箱船的NACA0021舵为研究对象,通过对船、桨、舵整体三维建模,运用CFD方法在3D计算域下对舵的非定常空化现象进行数值模拟,得到了与试验比较一致的结果。同时还对改善舵空蚀现象的措施进行了分析。研究表明,通过整体建模的数值模拟方法对舵空泡性能进行预测研究,其结果是合理可信的。     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想,考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用,建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型,对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析,将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析,并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能,结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。     

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。     

扭曲舵强制自航舵力测量试验研究

在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,比较分析了扭曲舵和普通舵的舵力特性。试验结果表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善,对舰船的直航性和舵机受力是有利的。在通过打舵使舰船发生回转时,扭曲舵不仅能使舵轴上的受力状态得到改善,而且能够提高舵的操纵力,改善舰船的回转性能。     

实船舵空化现象试验观察

空化是高航速下水面舰船螺旋桨及舵等附体上常见的现象,空化的产生会带来振动、噪声和空蚀等一系列问题,直接影响舰船的舒适性和局部结构的安全性.而由于国内有关实尺度舵空化数据的缺乏,导致人们对于实船舵空化的状况仍知之甚少.本文通过试验方法观察了某一实船舵在一定航速、一定舵角下的空化状况,获得了实船舵空化出现的位置及程度,为实尺度舵空化问题的认识和优化提供了一定参考.     

悬挂式扭曲舵设计及计算

以某支线集装箱船为研究对象,逐步论述、权衡并确定其舵的几何参数,根据该几何校算所需的舵杆直径和舵机功率,应用CAESES和STAR-CCM+软件分别进行舵的参数化建模和舵周流场的数值仿真,基于流场信息完成舵的扭曲设计,最终得到与该集装箱船相匹配的扭曲舵方案。数值试验结果表明,该设计扭曲舵在节能和抗空化性能上的表现较普通舵获得了可观的提升。     

航行作业船舶考虑舵力的动力定位能力评估方法研究

在船舶动力定位系统中,主推和舵组合（桨舵组合）产生的有效推力矢量区域是非凸的,在进行优化推力分配时需要进行凸化处理。文章提出了一种新的处理办法,将主推和舵的组合等效看成相同位置上的两个不能同时工作的独立推进器,这两个推进器的推力矢量区域都是凸区域,且分别对应主推推力方向不同时的推力矢量区域。在数学上只需通过增加等式约束来实现非凸区域的凸化处理,处理过程更为简单。文中结合具体实例进行了计算。结果对比表明,该方法是可靠有效的。该方法还适用于有多个禁区的推进器处理。     

船舶舵系换新修理方案

文章针对某船舵叶丢失后换新过程中出现的问题,通过实船勘验及各部分数据测量,制定合理可行的修理工艺,解决了舵叶无法正确安装的问题,为今后同类工程施工提供参考.     

基于自航流场数值模拟的舵球节能流场分析

本文采用快速性数值模拟方法对加装舵球的36000吨散货船进行了节能评估。结果显示,加装舵球能起到一定的节能效果。之后本文对有、无舵球的两种方案的自航数值模拟流场进行了对比,分析获得了舵球节能的原理。本文模拟结果不仅可作为模型试验的有力补充,也可为舵球的优化设计提供重要参考。     

直尾舵的水动力性能分析研究

船舶操纵性主要通过性能优良的舵保证.研究开发性能优良的舵型,改善舵的水动力性能,对提高船舶操纵性十分重要.通过研究,本文提出一种新型实用的直尾舵,它是在普通流线型舵的后缘加装一块平直的尾板而成,称之为直尾板.基于CFD软件Fluent计算了舵球舵、制流板舵、鱼尾舵和直尾舵的水动力性能系数,并对比分析了直尾舵的水动力性能优缺点.相比舵球舵和制流板舵,直尾舵的正车水动力性能有较大幅度的提高,比鱼尾舵的水动力性能略差.但是,直尾舵的倒车性能优于鱼尾舵和制流板舵.因此,直尾舵属于正车、倒车水动力综合性能最好的组合舵.     

舵结构强度及舵杆直径敏感性分析

舵是船舶上一个非常重要的舾装件,在设计过程中一般仅对其结构进行规范计算,但要了解其在舵力作用下的变形和应力范围则需要进行有限元强度计算。同时,舵杆是舵结构中一个重要的组成部分,一般只要求其直径满足规范要求,文章针对舵杆和舵杆承座之间间隙随舵杆直径的变化进行了敏感性分析。     

挂舵臂支撑的半悬挂平衡舵舵杆的受力计算

大型船舶上的舵除了上、下舵承外，还设置有挂舵臂，各国船级社认为悬挂在船体上的挂舵臂应视为弹性支座对舵杆进行直接计算。本文介绍了这种类型平衡舵舵杆的受力计算方法。     

导缘带凹凸结节船用舵的模型试验研究

系统研究了导缘带凹凸结节的船用舵水动力性能,通过循环水槽模型试验的方法模拟船用舵在一定来流的水中工作情况。制作导缘光滑和导缘带凹凸结节的船用舵的试验模型;针对同一个模型在循环水槽中进行三次来流速度相同的试验;记录并处理试验数据。模型试验结果表明：当其他条件相同时,在船用舵的导缘布置正弦的凹凸结节,可以提高船用舵的水动力性能,并延缓失速现象的发生。     

某货船舵系修理实践创新与研究

对某船舵系的修理过程、修理工艺进行了详细的叙述,介绍了某些关键工序中新工艺的创新使用,并对其效果进行了验证,以便今后在货船舵系修理中借鉴。