复合材料螺旋桨尾流场的数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨的变形对桨后尾流场分布的影响,利用商业软件FLUENT和ANSYS有限元建立了一种流固耦合方法,基于此方法分析了桨叶变形对螺旋桨压力分布以及尾流场分布的影响。研究结果表明,变形后桨叶两侧压差增大;在螺旋桨尾流场中,变形对各速度分量周向分布的影响随半径增大而增大;在0.9R(R为螺旋桨半径)处,切向速度在变形后减小约30%,轴向诱导速度减小约20%,径向速度增值在0.1m/s内。变形后轴向速度低速度区域增大,径向速度正速度区域增大,叶根处切向速度增大,叶稍处切向速度减小。     

船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析

采用分离涡模型(DES)对伴流场中螺旋桨的轴承力进行数值计算,得到轴承力的时域值,通过傅里叶变换得到频域脉动值并分析了轴承力的频域特性。将桨叶表面压力脉动作为旋转偶极子声源,采用Virtual.Lab基于直接边界元方法计算了螺旋桨的无空泡噪声,分析了螺旋桨轴承力与噪声的关系以及噪声指向性。     

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     

复合材料螺旋桨弯扭耦合刚度特性分析

[目的]复合材料螺旋桨的弯扭耦合变形程度反映了桨叶的刚度特性,而桨叶刚度特性又与其水动力性能存在一定的相关性,将从刚度的角度对复合材料螺旋桨的纤维铺层进行优化设计.[方法]首先,以DTMB 4383复合材料螺旋桨为研究对象,基于复合材料螺旋桨流固耦合自迭代算法,构建桨叶弯扭刚度数值计算方法;然后,分别在桨叶铺设单向碳纤...     

螺旋桨无键过盈安装应力数值分析

针对螺旋桨无键过盈安装后桨-轴应力数值计算问题,运用弹性力学理论和ANSYS有限元法进行应力的数值计算。通过理论值与仿真值的对比分析表明:桨-轴应力的仿真值比理论值略大,理论值与仿真值具有较好的一致性;Ansys有限元法考虑了接触边缘区域存在应力奇异性、桨-轴存在轴向应力和螺旋桨外表面存在径向应力的情况,比运用弹性力学理论求解更加准确可靠;通过桨-轴应力计算可以证明过盈量选取的合理性,为检验螺旋桨无键过盈安装的可靠性提供理论基础。     

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。     

MATLAB辅助船用螺旋桨设计

介绍了功能强大的科学计算软件MATLAB ,利用其方便处理矩阵和图象的功能 ,辅助船舶螺旋桨设计 ,从最佳效率曲线着手 ,最终得到的结果与传统的手工查图谱方法大致相同 ,而计算量却大为缩小 ,效率大为提高     

铝质空气螺旋桨综合防腐蚀技术

根据空气螺旋桨在某船上的自身防护特点,通过耐腐蚀、耐磨蚀等各种实验,对空气螺旋桨桨叶表面氧化处理工艺和表面防腐涂层材料进行了筛选。     

复合材料螺旋桨的应用、研究及发展

  目的  碳纤维复合材料(CFRP)螺旋桨具有轻质高强、低振动、低噪音、耐腐蚀、抗疲劳等优势。为了准确获知CFRP螺旋桨桨叶在水动力载荷下的变形和应变,提出一种水下运转状态下CFRP螺旋桨动应变在线测试方法。  方法  将光纤光栅(FBG)传感器预埋于CFRP螺旋桨,搭建CFRP螺旋桨水下动应变测试系统,设置2类测试工况：进速为0 m/s,转速从50~400 r/min依次增加;转速保持427 r/min不变,进速从0~1.6 m/s依次增加。通过FBG传感器采集上述2类工况下CFRP螺旋桨的动应变数据,对动应变数据进行时域和频谱分析。  结果  结果表明,CFRP螺旋桨上各测点的动应变特征频率一致,且与转速相关;各测点的动应变峰值取决于测点位置,即螺旋桨的结构力学特征。  结论  实现了CFRP螺旋桨在水下运转状态下的动应变在线测试,测试结果合理可靠,可为CFRP螺旋桨的理论设计和分析提供重要的实证依据,对研究螺旋桨振动噪声和水动力性能具有重要意义。     

船舶螺旋桨水平拂配工艺技术研究

螺旋桨坞内水平拂配相对于车间垂直拂配,具有施工流程简化、适用性强、拂配周期短、施工安全、风险低等特点。而使用液压小车组件代替液压平板车进行螺旋桨水平拂配,是对这一工艺技术的进一步改进及优化,文章结合螺旋桨换新工程实例,通过采用螺旋桨坞内水平拂配的工艺技术,在缩短坞期、降低修船成本等方面取得了成绩。     

船舶螺旋浆长导管的水头损失及优化计算

对一变截面弯曲船舶螺旋浆长导管的水头损失进行了计算,根据长导管具全布置情况,将水头损失分为进口段,弯曲段,收缩段,轴承,支架段,弯曲段,扩张段以及出口段第十个部分分别计算,并进而计算了为克服这些损失和流动阻力所需的螺旋浆推力。对应某一确定的螺旋桨直径,依据流动损失和浆推力计算,对长导管进出口的直径进行了优化计算。     

船用螺旋桨及桨后发电机设计可行性研究

  目的  以概念船舶节能装置为研究对象,  方法  在船用螺旋桨后布置尾流发电机,利用螺旋桨的高速尾流推动发电机叶轮旋转,从而带动发电机组,将尾流能回收转化为电能,降低船舶的总体能耗。将螺旋桨及海流发电机视作组合推进器一体设计,采用涡格法分析桨的水动力性能,采用原创的改进叶素动量方法评估桨后处于高度非均匀流场中的发电机的性能。采用遗传算法设计最佳的海流发电机叶片几何,为某实船提供设计方案,并通过CFD方法验证方案的性能。  结果  经与原桨比较,结果显示：在进速系数不变的情况下,组合推进器的推力可提高约4%,但收到功率略有增加;如果调整转速,则组合推进器在推力略有损失的情况下可降低能耗3.43%。  结论  计算分析证明了该节能装置的可行性,可作为降速航行的替代方法。     

船用螺旋桨先进制造技术研究进展

论述船用螺旋桨分类与制造材料,并对国内外螺旋桨加工主要装备进行分类阐述。通过对国内外螺旋桨研究成果的回顾、总结和归纳,分别从船用螺旋桨铸造技术、螺旋桨焊接技术、螺旋桨数控加工技术以及数字化检测技术等方面,国内外螺旋桨关键制造技术的发展现状进行阐述。总结船用螺旋桨制造技术的特征,指出螺旋桨未来研究的趋势。     

某舰螺旋桨修复技术研究与应用

文章介绍了某舰螺旋桨损坏情况和修理难点,遵循相关技术标准和修理经验,进行修复工艺设计,按照相关的技术要求制订修理步骤,并成功地修复了2只损坏严重的螺旋桨,修后试验和使用情况良好,取得了良好的经济效益。     

船用螺旋桨加工工艺及数控编程技术研究

结合不同类型船用螺旋桨的加工工艺特点和企业加工技术现状,在进行螺旋桨数控加工工艺研究的基础上,针对企业如何在最短的时间内编制出可靠、高效的数控程序这一问题,以UG的CAM模块为平台,以UG OPEN/API和高级编程语言VC++为主要开发工具,在模块化软件开发思想的指导下,将CAM系统所包含的各类参数设置、刀轨计算和后处理等功能集成起来,实现了船用螺旋桨数控编程的集成化、自动化和智能化。     

轴−壳体系统耦合振动的建模与分析

  目的  螺旋桨“水母模态”被激发可诱导出强烈的低频窄带声辐射。在此基础上,分析“水母模态”的第2种机制：由纵振传递引起的艇体结构振动声辐射−我们称之为潜艇的“水母效应”。  方法  基于等效声源法建立螺旋桨直发声偶极子模型;根据耦合有限元/边界元方法建立桨−轴−艇系统振动声辐射数值模型。  结果  研究表明：螺旋桨“水母模态”被激直发声因偶极子叠加而显著增强;螺旋桨低频弹性模态将桨−轴−艇系统的动态力传递显著放大,使纵振辐射水平大幅提高成重要声特征;横向激励与螺旋桨重频模态关联。  结论  研究揭示的潜艇“水母效应”概念内涵及发声机理,可为低噪声螺旋桨设计及舰船推进系统噪声控制提供基础理论,具有重要的理论和工程价值。     

Ship underwater noise assessment by the acoustic analogy. Part I: nonlinear analysis of a marine propeller in a uniform flow

The aim of this work is to analyze the hydroacoustic behavior of a marine propeller through the acoustic analogy and to test the versatility and effectiveness of this approach in dealing with the many (and relatively unexplored) issues concerning the underwater noise and its numerical prediction. In particular, a propeller in a noncavitating open water condition is examined here by coupling a Reynolds averaged Navier–Stokes hydrodynamic solver to a hydroacoustic code implementing different resolution forms of the Ffowcs Williams–Hawkings (FWH) equation. The numerical results suggest that unlike the analogous aeronautical problem, where the role played by the nonlinear quadrupole sources is known to be relevant just at high transonic or supersonic regime, the pressure field underwater seems to be significantly affected by the flow nonlinearities, while the contribution from the linear terms (the thickness and loading noise components) is dominant only in a spatially very limited region. Then, contrary to popular belief and regardless of the low blade rotational speed, a reliable hydroacoustic analysis of a marine propeller cannot put aside the contribution of the nonlinear noise sources represented by the turbulence and vorticity three-dimensional fields and requires the computation of the FWH quadrupole source terms.     

船舶电气多状态并联冗余系统可靠性分析与优化

针对船舶电气系统常见的并联冗余设计,与传统的二状态可靠性分析方法不同,应用多状态可靠性理论,建立了船舶电气多状态并联冗余系统的可靠度数学模型,并进行了优化设计。实例给出了常见的三状态船舶电气并联冗余系统的可靠度表达式,证明由于短路失效的存在,即使采用更多的并联冗余支路组成的三状态船舶电气并联冗余系统,也不能有效地提高系统的可靠度。相反,过多并联支路反而会使并联冗余系统可靠度下降。与二状态不同,三状态船舶电气并联冗余系统常用的继电器辅助触点多支路冗余设计,最优冗余数仅为2。研究结果不仅适用船舶电气并联冗余系统,也适用于一般三状态并联冗余系统,具有普遍性。     

船舶电力推进系统螺旋桨负载实时监测研究

通过对船舶电力推进系统螺旋桨负载的实时监测,提高对船舶电力推进系统的状态监测和故障分析判断能力,提出一种基于高阶统计量特征提取和串行D/A转换控制的船舶电力推进系统螺旋桨负载监测方法。采用振动传感器进行船舶电力推进系统螺旋桨的振动信号采集,振动信号能有效反映电力推进系统的负载特征,对采集振动信号进行时频分析和高阶统计量特征提取,以提取的特征量为测试集,进行负载监测的信号分析。在此基础上,基于ADSP21160处理器系统进行负载实时监测系统的硬件设计,通过D/A转换控制方法提高负载监测的实时性和准确性。仿真结果表明,该方法进行船舶电力推进系统的负载监测的实时分析能力较强,信号采集和输出的准确性较好。