提高旧船螺旋桨转速的一些实用方法

本文的目的在于说明提高旧船螺旋桨转速所用的一些实用方法。众所周知,船舶投入营运数年后,由于船体和螺旋桨桨叶表面腐蚀变化,其转速下降。通常用于克服这一问题的方法为切割叶梢、减小直径或修随边减小实效螺距。但是螺旋桨几何特征的变化必然影响其空泡性能和效率,所以要谨慎行事。为了减小这些方面的影响,作者的意见是最好采用减小直径和修随边两种方法相结合。最后,本文给出了修改螺旋桨的一些准则和实例说明。     

螺旋桨负载下的全回转电力推进器动力学特性

为研究全回转电力推进器控制系统的动力学响应特性,建立一种变频器控制异步交流电机驱动螺旋桨动力学系统的数学模型,提出一种考虑螺旋桨动态负载特性的电机转速、螺旋桨转速、转矩、推力的迭代求解方法,构建考虑螺旋桨负载下的全回转电力推进器的动力学仿真模型。通过数值仿真,分析螺旋桨进速不变和变化,以及不同期望转速下的电机及螺旋桨负载的动态响应变化过程和特点。结果表明,建立的动力学仿真模型与实际运动情况相符;推力系数和转矩系数随进速的增加而减小,转速几乎不会发生变化,推力有明显下降;期望转速越低时,异步电机转速、螺旋桨转速和输出推力上升速率越快。同时,在进速增加时,推力下降的范围越小。因此,须合理考虑进速系数对于全回转电力推进器的控制和推力分配的影响。这种考虑螺旋桨负载下的全回转电力推进器的建模方法对于全回转推进器电力控制、船舶动力定位方法和推力分配策略的研究具有一定的工程价值和指导意义。     

现代船用柴油主机的选型

1 船用柴油主机选型方法简介 当需要对某一船舶进行柴油主机选型时,首先必须确定该船舶的下列特性：船型（如油船、散货船和集装箱船等）、设计船速、净吨位和设计吃水等。 当船舶的主要特性确定后,根据如"Harvald"或"Holtrop & Mennen"等有关确定螺旋桨功率的方法确定螺旋桨功率,此时的螺旋桨功率是不带海况储备的、在平静海面上的船舶试航功率,即螺旋桨设计功率;根据如"Wageningen"、"SSPA"（瑞典海运研究协会）、"MAU"（改进的AU）等螺旋桨系列,就能确定螺旋桨的有关尺寸、转速及轻桨运行曲线。该螺旋桨的有关尺寸、转速、设计功率和轻桨运行曲线可作为主机选型时的参考值。     

船舶推进中两种动态平衡的研究

为了明确船舶推进中功率、力等各物理量之间的平衡关系,正确使用船舶主机防止其超负荷提供相应的理论依据,文章分析了螺旋桨的推力与船舶航行阻力的动态平衡过程.推导了螺旋桨转速、船舶的航速、螺旋桨的相对进程以及螺旋桨所消耗的功率等各物理量之间的关系,即:当螺旋桨的相对进程一定时,船舶的航速与螺旋桨的转速成正比,螺旋桨消耗的功率与其转速的三次方成正比;而当螺旋桨的转速一定时,随船舶航行阻力系数的增大,船舶的航速将减小,螺旋桨消耗的功率将增大.最后,在上述理论分析的基础上,进一步讨论了螺旋桨的转速发生变化时,船舶的航行经济性问题.     

从某轮实况谈船舶污底的影响与对策

船舶长期航行，船体水线下船表面，特别是船底，会生长海藻、贝类等，致使船体水下部分和船底表面脏污和粗糙，这种现象称为污底。船舶污底将会增加船舶的航行阻力。假定螺旋桨转速不变，则船速将相应减慢，引起螺旋桨进程比λp减小，扭矩系数增大，螺旋桨所需转矩增加，因而螺旋桨特性曲线变陡，如图1，     

某工程船艉部振动问题诊断及改进

某工程船试航时在恒转速低工况下艉部舵机舱存在异常局部振动现象,且振动频谱峰值并不对应机电设备主激励频率。为了诊断艉部振动的原因,在恒转速低工况下对艉部结构振动速度及螺旋桨脉动压力进行测量和分析。初步判断振动与螺旋桨桨叶相关,引起艉部较强振动的原因是恒转速小螺距工况下螺旋桨面空泡破裂,进而激发螺旋桨前2阶模态引起桨叶共振,然后通过桨轴传递给船体。改进建议是优化叶形以减小面空泡。该案例对船舶设计具有以下指导意义：螺旋桨设计时要考虑强度和刚度,尽量避免叶梢比刚度过低;对于调距桨,在螺旋桨0.7R～1.0R(R为螺旋桨半径)范围内螺距卸载要缓和,避免大幅度螺距卸载。     

高空泡数高转速高效率螺旋桨推进系统

一、引言船舶螺旋桨随着转速的提高会产生空泡。局部空泡使螺旋桨产生点蚀,片空泡使桨的推力和效率下降,以至产生振动和噪声。因此,普通螺旋桨存在一个空泡临界转速 N_c,超过这个转速是不适宜的。虽然全空泡翼型螺旋桨能在高转速工况运转而越过空泡区,但随着转速的提高其效率相应降低。     

螺旋桨转速与直径对船机桨匹配的影响研究

为了研究螺旋桨转速和直径对船机桨匹配的影响,以某149.8 m近海散货船为研究对象,采用NAVCAD软件进行螺旋桨匹配设计。针对设计过程中存在的实际问题,分析了低转速大直径和高转速小直径螺旋桨对螺旋桨推进效率及船舶的动力性和经济性的影响。结果表明：在柴油机额定转速时,低转速大直径螺旋桨比高转速小直径螺旋桨的敞水效率高,船舶动力性和经济性更好。     

空泡下双向冰级桨水动力性能试验研究

针对空泡效应对双向冰级螺旋桨的正车性能和倒车性能的影响,本文采用螺旋桨模型空泡水筒试验方法,探讨均流环境中空泡数和进速系数对螺旋桨正车和倒车水动力影响,以及在冰阻塞环境中空泡数、进速系数和冰-桨距离对螺旋桨正车和倒车水动力性能影响。研究结果表明：均匀流环境中定水速变转速,严重的空化现象对推力和扭矩的削减大于由螺旋桨转速增加而增加的推力和扭矩;冰阻塞环境中定转速变水速,螺旋桨推力和扭矩受到冰阻塞和空泡共同作用,当空化严重时,推力和扭矩不再随阻塞距离的减小而增加;本双向螺旋桨的倒车性能要比正车性能差,进速系数越大,性能差越大,均匀流中进速系数为0.7时,推力系数的差值在80%左右;冰阻塞中随着冰-桨距离的增加,水动力差值随之增加,但增加幅值较小;空泡不断地在桨叶生成,并在与桨叶分离时快速溃灭,随着冰-桨距离的减小,近冰桨叶表面空化现象越严重,空泡发生面积越大,且空泡形状越不规则。     

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。     

超浅吃水多工况船舶推进方式探讨

通过对多工况拖船采用不同推进方式的性能比较表明导管螺旋桨优于普通螺旋桨,可调螺距螺旋桨优于导管螺旋桨,二档变转速的导管螺旋桨与可调螺距螺旋桨的推进效果相当,建议在多工况船的螺旋桨设计中采用二档突转速推进方式。     

转速对油膜刚度与螺旋桨轴振动影响研究

通过数值方法研究轴的转速、油膜刚度对螺旋桨轴振动的影响关系,由计算结果得到如下结论:随着螺旋桨轴的转速增加,轴承的油膜动态刚度降低,螺旋桨轴的振动频率降低,且在低速区这种影响关系更为明显。     

舰船辐射噪声特征建模

介绍一种舰船辐射噪声1/3 Oct谱模型建立方法.通过分别对机械噪声、螺旋桨直接辐射噪声及桨轴激励艇体振动噪声的特征规律研究,建立了机械和螺旋桨的额定声压脉动谱模型及桨轴激励艇体响应函数模型.根据机械噪声和螺旋桨噪声同航速的变化关系,得到不同转速下的合成辐射噪声1/3 Oct谱.利用Matlab GUI编写舰船辐射噪声...     

导管螺旋桨水动力响应特性的初步分析

本文用数值方法研究了19A/Ka4-50导管螺旋桨输入转速随时间变化情况下的水动力响应特性,对比了转速波动幅值、频率对响应特性的影响,发现导管桨推力系数、扭矩系数和效率相对于敞水实验结果均发生了迟滞效应。分析导管桨性能的变化幅度、相对于敞水实验结果的相位差,结果表明：推力系数、扭矩系数和效率的变化规律均一致,即随着转速频率的降低,同一进速系数范围内对应的导管桨性能变化幅度均减小,相位差先增后减;增大转速的波动幅值,导管桨性能变化幅度均增大,但相位差基本保持不变;此外,导管桨在较高进速系数越的情况下,性能变化幅度越小,且相位差也基本呈减小的趋势。总体来说,导管桨在较低的转速频率、波动幅值和较的进速系数时,其性能变化幅度和相位差较小,此时导管桨的响应较及时,并且效率的响应要比推力和扭矩更及时。     

非冻结模型冰-螺旋桨切削状态的试验研究

冰-螺旋桨的切削过程十分复杂，如何精确掌握冰桨作用模式和揭示冰桨作用机理对冰区螺旋桨理论研究和设计极其重要。本文介绍了利用冰桨切削试验平台开展的不同冰材料、螺旋桨尺度、切削深度、冰推送速度及螺旋桨转速时的冰桨切削试验研究，以及对螺旋桨冰载荷、遮蔽效应和冰桨作用模式进行的测量和分析。试验结果表明：通过高速摄像机对冰桨切削过程的捕捉证明了桨叶遮蔽效应的存在；相同切削深度时，螺旋桨尺度越大，桨叶受到的遮蔽效应越严重；冰桨切削深度越深，桨叶受到的遮蔽效应越严重，且螺旋桨中受到遮蔽效应的桨叶也越多；随着冰块推送速度的增加，模型冰的破坏模式由剪切断裂破坏逐渐向局部挤压破坏和剪切断裂破坏转变；极地船舶破冰航行过程中，可适当地提高螺旋桨转速，以减小螺旋桨受到的冰载荷，提高破冰能力。     

冰阻塞对倒车螺旋桨空化和水动力性能的影响

针对极地船舶在冰区航行时空泡对螺旋桨倒车性能的影响,采用敞水螺旋桨模型试验和基于RANS黏流CFD数值模拟的方法,开展双向破冰船螺旋桨在冰阻塞环境下倒车性能研究。研究结果表明,在空泡数σ为4.0和1.5,冰-桨距离L/D从0.7减小到0.3时,推力系数和扭矩系数呈现先增加后减小的趋势,空泡覆盖面积增加。在进速系数J=0.55、空泡数σ=1.5时,螺旋桨倒车性能最差。对于这一工况,当冰-桨距离L/D从0.7减小到0.3时,推力系数从0.141增加到0.147,然后减小到0.137,扭矩系数从0.023 1增加到0.023 9,然后减小到0.022 8;冰-桨距离L/D=0.3时近冰块桨叶吸力面上空泡覆盖面积约为L/D=0.7时的3倍,螺旋桨尾流在冰阻塞影响下偏转了14°。这项研究可为极地船舶冰区螺旋桨设计提供技术支持。     

避免单桨船后体振动的船桨配合选择

本文在分析影响单桨船伴流不均匀程度的船型参数的基础上,根据实船资料,用有约束的最优化方法求得了用船舶后体形状参数估算伴流特征参数的经验公式。在船舶设计阶段,对不作船模伴流场测试的船舶可用这个经验公式估算伴流特征参数。计算实例表明,本方法求得的伴流特征参数估算值与模型测试结果接近。据此,进一步提出一种经验方法,由船舶后体形状参数τ和φ及螺旋桨叶梢沉深H_1来表达螺旋桨转速与直径乘积的限界值[n·D]_(限界),若螺旋桨转速与直径之乘积大于这个限界值,必须修改后体线型或修改螺旋桨参数,直至满足n·D≤[n·D]_(限界),以求单桨船的船桨配合有良好的振动特性。     

汽力装置回汽制动工况下螺旋桨变工况工作过程分析

针对蒸汽动力船舶回汽制动工况下螺旋桨转速经历了0转速状态,而采用传统的螺旋桨模型无法研究该状态的问题,通过对回汽制动工况中螺旋桨的典型动作过程进行分析,建立回汽制动工况中螺旋桨的变工况数学模型。基于Matlab-Simulink环境建立仿真模型,分析回汽制动工况下螺旋桨的动态运行状况,为回汽制动过程下螺旋桨的运行管理提供借鉴。仿真结果表明:在相同的航速下,倒车汽轮机回汽量越大,处于水轮机状态的螺旋桨所能达到的转速就越低;当对全速倒车的耗汽量实施回汽制动时,可以将96.8%最大航速以下的螺旋桨锁制。     

螺旋桨噪声的无量纲化研究

实船和船模的螺旋桨噪声存在一定的相似性,通过无量纲分析船模螺旋桨噪声可以预报实船的螺旋桨噪声。本文利用无量纲分析方法,得到影响螺旋桨噪声的一些因素,如雷诺数、桨直径、桨转速、频率、空泡数等。在此基础上对这些因素进行分析,并提出修正方法。     

螺旋桨随边切割的试验研究和理论计算

根据KMM型号螺旋桨随边切割的试验结果,分析切割量对螺旋桨敞水性能的影响,并以图谱形式给出KMM型号螺旋桨转速的相对改变量与切割量之间的关系。应用升力面方法理论计算螺旋桨切割前后的敞水性能,与试验值的比较表明计算值误差在可接受的范围内。