三维水翼升力线理论(英文)

Prandtl’s lifting line theory was generalized to the lifting problem of a three-dimensional hydrofoil in the presence of a free surface. Similar to the classical lifting theory, the singularity distribution method was utilized to solve two-dimensional lifting problems for the hydrofoil beneath the free surface at the air-water interface, and a lifting line theory was developed to correct three-dimensional effects of the hydrofoil with a large aspect ratio. Differing from the classical lifting theory, the main focus was on finding the three-dimensional Green function of the free surface induced by the steady motion of a system of horseshoe vortices under the free surface. Finally, numerical examples were given to show the relationship between the lift coefficient and submergence Froude numbers for 2-D and 3-D hydrofoils. If the submergence Froude number is small free surface effect will be significant registered as the increase of lift coefficient. The validity of these approaches was examined in comparison with the results calculated by other methods.     

螺旋桨升力面设计边界条件的处理分析

本文对螺旋桨升力面设计方法中边界条件的处理问题进行了分析.通过对边界条件的不同处理方法进行实例计算,根据计算结果的比较来分析边界条件的不同简化方法对设计计算结果的影响.从而得出螺旋桨升力面设计所采用的合理边界条件处理方法.     

螺旋桨水动力性能研究进展

升力面理论的应用日趋完善,面元法和N-S方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流,特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD方法。虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性,但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展,为螺旋桨相关研究提供参考。     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。     

船舶推进节能研究：导轮的理论设计和实验

本文分析了应用导轮装置可将常规螺旋桨尾流能量转换为推进功率的原理,给出了以升力线理论为基础的导轮设计方法。为了检验给出理论公式的实际设计效果,对一条2000t的综合节能船作了螺旋桨/导轮组合推进装置的设计,在空泡水筒内进行了单独螺旋桨和螺旋桨加导轮组合装置的对比模型试验。为了探讨螺旋浆加装导轮后尾流场的变化,在对比模型试验中,用一维大功率激光测速仪进行了尾流轴向和切向速度的测量。试验结果表明,常规螺旋浆加装导轮装置后,确可减少尾流中的能量损失,提高给出实例中的螺旋桨效率达10％,与理论设计预估结果相当一致。     

吊舱式CRP推进系统理论设计研究

采用螺旋桨旋涡理论和低阶速度势面元法对吊舱式CRP进行适伴流设计。在吊舱给定的前提下对前后桨进行升力线设计和升力面修正,吊舱与前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,并采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,采用该方法设计的吊舱式CRP系统与设计的单桨相比,其效率可提高8.533%,设计吊舱式CRP尾流周向诱导速度明显小于单桨时的速度。     

Nonlinear hydroelastic behavior of propellers using a finite-element method and lifting surface theory

A finite-element method coupled with analysis of a noncavitating lifting surface was used to assess the performance of a marine propeller, including the thrust, torque, efficiency coefficients, and deflections. The formulation used displacements as unknowns in the structural part and the strength of the vortex as unknowns in the fluid part. A coupled matrix derived from the Bernoulli equation and hydrostatic pressure in terms of the strength, of the vortex enforced coupling between the fluid and the structure. The resulting matrix equation was unsymmetric and nonlinear; a Newton-Raphson procedure was used to solve this equation. The numerical results were compared with test data; computed and measured values agreed satisfactorily. We also investigated the effect of blade thickness on the performance and strength of the propeller. We did not consider the fatigue strengh of the propeller in this analysis.     

用准定常升力线理论预报螺旋桨在非均匀流场中的性能

本文应用准定常升力线理论预报船用螺旋桨的性能,建立了适合中型计算机的程序。通过四个桨模的敞水试验和性能计算结果比较表明,对于计算螺旋桨的推力与转矩系数,只要应用升力线理论加上简单的粘性经验修正及升力面影响修正,不必作边界层计算即可得到比较满意的结果。伴流场中单个叶片推力与转矩脉动计算表明,用升力线作计算时,伴流产生的水流弯曲对推力、转矩脉动有较明显的影响,对推力偏心度则影响不大,计算所得的推力、转矩脉动可供计算主机扭振及轴系振动的外力作参考。     

螺旋桨轴承力计算方法的对比分析

为了对螺旋桨的轴承力进行研究,在标模SUBOFF尾部同一位置装上4种不同的螺旋桨,分别用CFD方法、拟定常方法以及升力线理论进行螺旋桨轴承力理论预报。根据计算结果,分析侧斜、叶数对螺旋桨轴承力的影响以及不同方向轴承力的相对大小,并对3种方法的优缺点进行总结。结果表明:CFD与升力线理论方法更适合工程需要,尤其是对侧斜较大的桨叶,其较拟定常方法有着比较好的预报效果;同时,升力线理论方法在计算效率方面优于CFD方法;并且螺旋桨轴承力随着叶数的增多、侧斜度的增大而减小;轴承力在y方向上力的分量均大于x方向。     

基于Visual Basic 6.0的螺旋桨设计及性能预报软件

随着船舶行业的不断发展,迫切需要一种设计软件来提高螺旋桨的设计效率。基于Visual Basic6.0开发平台,结合Fortran和动态链接库技术,实现了螺旋桨设计及水动力性能预报软件的设计。软件运用升力线理论完成了螺旋桨的设计与优化,进而运用升力面理论对螺旋桨的性能进行了预报。该软件界面友好、功能完善、可视性强,试验结果证明,能快速准确地进行螺旋桨设计及性能预报,提高了螺旋桨的设计效率,具有良好的使用性。     

螺旋桨扰动速度场数值预报

本文给出了螺旋桨周围流场的预报方法及其数值计算结果。本方法以具有涡分布和源汇分布的升力面来构造螺旋桨对流场的状动。升力面取奖叶拱弧面。根据桨叶表面流动不穿透条件解出升力面奇点后，然后再求它们对流场的扰动。敞水螺旋桨的脉动速度计算结果与试验结果吻合良好。     

船用螺旋桨理论研究的发展与方向

结合近代船用螺旋桨理论研究经历的三个发展阶段,系统地分析各个阶段螺旋桨理论研究的方法,分别介绍动量理论、叶元体理论、升力线理论、升力面理论、边界元法、粘性流体动力学法等。探讨螺旋桨理论与流体力学之间的关系,重点介绍粘性流体动力学法中计算流体动力学在螺旋桨理论研究中的应用,探讨船用螺旋桨理论今后的研究方向。分析结果表明：船用螺旋桨理论研究的方法和手段都与流体力学学科的发展关系紧密,计算流体动力学和流体力学试验手段的进步将促进螺旋桨理论研究的发展。     

基于Lighthill声类比理论的螺旋桨噪声性能研究

论文基于Lighthill声类比理论和傅立叶变换结合声学软件Actran开展螺旋桨噪声性能的分析研究。以E779A螺旋桨模型为对象,进行了螺旋桨噪声性能的数值模拟,分析了不同位置处声压谱和声功率谱的特性、噪声随距离变化的衰减特性、不同进速系数下的声压级云图等;最后,分析了非均匀进流、螺旋桨空化、进速系数等对螺旋桨噪声的影响。本文主要的研究工作是对螺旋桨噪声性能的预报研究,对今后船舶工程螺旋桨的设计研究有着重要的指导意义。     

全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

非均匀流场中抗空泡桨叶剖面设计

给出非均匀流场中螺旋桨桨叶剖面的设计方法,提出保持剖面空泡特征不变的等效运转曲线的思想与确定方法。本文方法设计的桨叶剖面能有效地控制空泡范围和空泡类型,得到期望的空泡性能。剖面可采用母型剖面或“新剖面”方法来设计,进而可确定桨叶弦向环量分布,然后由升力面理论设计三维桨叶的几何形状。通过实例螺旋桨的设计,其空泡性能得到显著的改善,说明本方法是合理和有效的。     

Numerical simulation of the flow about self-propelling tanker models

A time-marching CFD simulation is performed for self-propelling ships. The flow about the hull is simulated by the finite-volume method, and the propeller action is approximated as a propeller disk for which the solution is given by a simplified propeller model. The interaction of two flow models is treated in a time-marching procedure converging towards the steady self-propelling condition. This method is applied to five tanker models, and detailed comparisons are made between the simulated results and corresponding experimental results. It is shown that the flow field in the self-propelling condition is qualitatively well reproduced in the simulation, and the estimated thrust deduction factors for the five hull forms agree well with measured ones. However, the effective wake factors are underestimated, since the Reynolds number in the simulations differs from that in the experiment.     

基于数值方法的船用铝合金螺旋桨性能和强度分析

验证升力面法和有限元法在螺旋桨水动力性能预报和桨叶强度分析中的计算精度,运用这两种方法对某铝合金螺旋桨进行分析设计。结果表明,在其水动力性能、强度等均满足设计要求的前提下,铝合金桨比青铜桨减重158.3 kg,减重比达59.2%。     

VLCC大侧斜螺旋桨设计可行性研究

本文阐述了大侧斜螺旋桨设计软件包的功能及其使用特点。设计软件包括升力线和升力面设计程序，并能自动生成桨的三投影图和标准尺寸。通过对４艘大型船舶６个大仙斜桨的模型试验，证实了设计方法是可信的，程序包是有效的。为与常规的图谱设计方法进行比较，对其中两艘船按桢的条件各设计了一个ＭＡＵ桨，并加工了桨模。在大型空不筒中用假尾模拟伴流场后对７个桨模作了脉动压力测量。试验结果表明，大侧斜桨与常规桨相比，脉动压力     

舵桨相互作用下现代船舶绕流数值研究（英文）

Reducing the fuel consumption of ships presents both economic and environmental gains. Although in the past decades,extensive studies were carried out on the flow around ship hull, it is still difficult to calculate the flow around the hull while considering propeller interaction. In this paper, the viscous flow around modern ship hulls is computed considering propeller action. In this analysis, the numerical investigation of flow around the ship is combined with propeller theory to simulate the hull-propeller interaction. Various longitudinal positions of the rudder are also analyzed to determine the effect of rudder position on propeller efficiency. First, a numerical study was performed around a bare hull using Shipflow computational fluid dynamics(CFD) code to determine free-surface wave elevation and resistance components.A zonal approach was applied to successively incorporate Bpotential flow solver^ in the region outside the boundary layer and wake, Bboundary layer solver^ in the thin boundary layer region near the ship hull, and BNavier-Stokes solver^in the wake region. Propeller open water characteristics were determined using an open-source MATLAB code Open Prop, which is based on the lifting line theory, for the moderately loaded propeller. The obtained open water test results were specified in the flow module of Shipflow for self-propulsion tests. The velocity field behind the ship was recalculated into an effective wake and given to the propeller code that calculates the propeller load. Once the load was known, it was transferred to the Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) solver to simulate the propeller action. The interaction between the hull and propeller with different rudder positions was then predicted to improve the propulsive efficiency.     

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。