論斜向来流对双桨船性能之影响和螺旋桨的側向力

由于船体的影响,双桨船的螺旋桨处于斜向来流的条件下运转。斜流造成螺旋桨叶工作状态的非定常性。本文研究了斜流对螺旋桨性能影响的各个方面。发现处于斜流中运转的螺旋桨的推力系数及扭矩系数都增大。若斜流角较大,则设计时有必要进行适当的修正,否则螺旋桨将处于重载情况下工作。主机不能达到预定的转速。不能发出全部功率及达到设计航速。推出了计算上述修正量的近似公式。此外,还发现螺旋桨在斜流中运转时,受到侧向力的作用。该侧向力可分为两部分:一部分处于斜流v_s并通过桨轴的平面内(L_n);另一部分垂直于前述平面(L_ξ)。前者是众所周知的侧向力;后者是由于桨叶处于非定常状态而引起的侧向力。这个侧向力就是引起某些单桨船自动进入回转的原因。因而得以解释某些船舶自动转入回转,并沿一定方向回转的现象。文中推荐了估算上述侧向力的近似公式,可以用来估算作用在螺旋桨上的侧向力的大小及方向。     

斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型研究

喷水推进船舶在转向运动时推进器的进流条件与直航状态存在明显差异。基于RANS方法对斜流角在0°～30°范围喷水推进系统的进流和推力特性进行数值模拟。研究表明：随着斜流角的增加，半椭圆形进口获流区的宽度增大而厚度减小，斜流工况下边界层影响系数近似等于直航工况下边界层影响系数与斜流角余弦的乘积。在非空化条件下，当喷水推进船舶作转向运动时，进口流道效率降低是推进器性能下降的主要原因。基于数值模拟结果，建立了斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型，对经过推进系统的水流进行速度修正和船体边界层修正，提出了斜流工况下推力预估公式并进行了验证。     

推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响

考虑利用螺旋桨旋转尾流能量以及提高航向稳定性,提出一种带推力鳍的吊舱推进器,采用CFD方法计算其不同进速下的推力系数、转矩系数以及侧向力,并与常规吊舱推进器水动力性能进行了比较。结果表明,加推力鳍后推进效率最大提高达1.6%,航向稳定性也明显改善,鳍的存在有效分割了螺旋桨旋转尾流,引起诱导速度及舱体压力的变化。     

多种运动模式下水下机器人导管螺旋桨的敞水性能研究

导管螺旋桨具有较大的推进力以及高效的姿态调整功能,能极大地提高水下机器人的推进效率。为了探索水下机器人运行时桨叶的振动、推力的产生和噪声的来源,文中利用计算流体动力学研究了直航、斜航和后退等多种运动模式下导管螺旋桨的推力系数、转矩系数和推进效率等敞水性能,并对螺旋桨弦向压力分布、桨叶表面的压力分布和速度分布分别进行了仿真研究,这些结果对工程实践中导管螺旋桨的选择具有重要的指导意义。     

拖式吊舱推进器的非定常水动力性能

应用升力面理论涡格法和面元法,建立了拖式吊舱推进器非定常水动力性能的数值计算方法。螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用HESS-SMITH面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。针对拖式吊舱推进器,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架诱导速度各分量以及标称与实效诱导速度对其水动力性能的影响。研究表明,就吊舱及支架的实效诱导速度而言,轴向及周向诱导速度主要由支架引起,径向诱导速度主要由吊舱舱体引起。当考察吊舱推进器的定常水动力性能时,可略去吊舱诱导速度的径向及周向分量;考察非定常性能时,可略去径向分量,但应考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称诱导速度作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小,因此,虽然标称诱导速度容易得到,但据此进行吊舱推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱诱导速度的相对比例,略去吊舱诱导速度会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。     

大功率全回转推进器水动力学性能研究

大功率全回转推进器是大型海洋装备在复杂海况下确保精确定位的关键推进系统,其水动力学特性将直接影响到整个推进系统的服役性能。基于计算流体力学(CFD)基础理论,建立某型全回转推进器水动力学数值仿真模型,获得其水动力学特性。在此基础上,采用准定常计算方法分析不同回转角度下推进器产生的推力和扭矩,获得其在全回转过程中的水动力学性能变化规律。计算结果表明,当进速比为0.55时该推进器效率达到最大值0.704;在全回转过程中推力系数呈现M型曲线,分别在120°和240°回转角时推力达到最大值。在回转角为120°时,桨叶吸力面与推力面之间压差最大,此时会造成桨叶上产生较大的应力。本文所开展的大功率全回转推进器水动力学特性研究为综合评价其疲劳寿命及服役性能提供了参考依据。     

复合材料螺旋桨水动力特性的流固耦合数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨变形对其水动力性能的影响,利用FLUENT和ANSYS结构模块建立了一种流固耦合的方法。基于此方法分析了桨叶变形对敞水曲线,桨叶附近流场及其表面压力的影响。研究结果表明,初始几何为无侧斜无纵倾的螺旋桨变形后纵倾发生改变,使推力和扭矩系数变大,且推力系数和扭矩系数的增值随进速系数减小而增大。变形后的螺旋桨桨叶表面压力增大,压力系数变化最大值可达40%,螺旋桨轴向诱导速度变化最大值可达18.7%。     

数据驱动在导管桨斜流工况分析中的应用

基于湍流模型SSTk-ω和滑移网格技术对不同斜流角（0°、10°和20°）和不同进速系数J(0.3、0.5和0.7)下导管螺旋桨的水动力参数、轴承力和速度场进行对比分析。为解决传统计算流体力学方法存在的耗费大量时间及需要大量网格等问题,提出一种快速且准确率高的深度学习模型CNN-LSTM对导管螺旋桨进行高效准确预测。研究结果表明：随着斜流角和进速系数的增大,导管螺旋桨的轴承力的波动幅度和峰值均增大。数据驱动模型CNN-LSTM不仅能够使得预测值较好地吻合CFD值,也能准确预测不同斜流角及不同进速系数下的相位差以及峰值差异,结果显示较大的差异出现在轴承力的波峰和波谷处。最后,文章还分析了斜流角和进速系数对导管桨间隙流场的影响。     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

E779A螺旋桨斜流工况下的空泡数值模拟

基于开源CFD软件平台OpenFOAM,对E779A螺旋桨在斜流工况下的水动力特性及桨叶上的非定常空化进行模拟分析.分析螺旋桨在非定常空化流中的水动力性能,包括推力系数、桨叶表面压力分布及空泡形态.计算结果表明斜流会对螺旋桨水动力造成干扰,这一影响在来流与螺旋桨首尾线的夹角变大时会增强.对比有无空化发生时的压力分布,表...     

Experimental study on hydrodynamics of L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry (PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

L型吊舱式推进器直线运动和非设计工况下水动力性能的试验研究（英文）

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry(PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

Simulation of hydrodynamic performance of drag and double reverse propeller podded propulsors

The unsteady performance of drag and double reverse propeller podded propulsors in open water was numerically simulated using a computational fluid dynamics (CFD) method. A moving mesh method was used to more realistically simulate propulsor working conditions, and the thrust, torque, and lateral force coefficients of both propulsors were compared and analyzed. Forces acting on different parts of the propulsors along with the flow field distribution of steady and unsteady results at different advance coefficients were compared. Moreover, the change of the lateral force and the difference between the abovementioned two methods were mainly analyzed. It was shown that the thrust and torque results of both methods were similar, with the lateral force results having the highest deviation     

拖式及双桨反向吊舱推进器水动力性能研究（英文）

The unsteady performance of drag and double reverse propeller podded propulsors in open water was numerically simulated using a computational fluid dynamics(CFD) method. A moving mesh method was used to more realistically simulate propulsor working conditions, and the thrust, torque, and lateral force coefficients of both propulsors were compared and analyzed. Forces acting on different parts of the propulsors along with the flow field distribution of steady and unsteady results at different advance coefficients were compared. Moreover, the change of the lateral force and the difference between the abovementioned two methods were mainly analyzed. It was shown that the thrust and torque results of both methods were similar, with the lateral force results having the highest deviation     

小舵角工况下吊舱推进器空泡性能试验研究

船舶在航行中需要在小舵角范围内频繁操舵以保持航向,因此在小舵角工况下吊舱推进器的空泡性能尤为重要。通过试验,对小舵角(±5°)范围内吊舱推进器的空泡性能进行了观察。同时,在0°舵角工况下,对船体以及吊舱上螺旋桨诱导的脉动压力进行了测量,验证了吊舱推进器的设计及应用状况。     

基于 CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能

基于粘性流体理论,采用CFD技术数值预报双桨式吊舱推进器的敞水水动力性能。通过对某单桨吊舱推进器进行数值模拟,并与实验值进行比较,验证数值计算方法的准确性。最后数值计算了双桨式吊舱推进器在不同偏转角时的水动力性能,通过数值计算、结果比较和特性分析,计算结果呈现出一定的规律性,达到了给出双桨式全回转吊舱推进器数值预报的方法和一般性规律的目的,可以对此类推进器水动力性能的预报提供参考。     

混合式CRP吊舱推进器水动力性能数值模拟及试验

  目的  为了研究操舵工况对混合式CRP推进器水动力性能的影响,  方法  采用RANS方法结合SSTk-ω湍流模型计算NACA0012型敞水舵的升力系数,通过与试验数据的对比,选定数值计算的近壁面网格布置和近壁面处理方式。在此基础上,进一步预报偏转工况下吊舱推进器的水动力性能,通过试验对比,表明误差在较小范围内。以混合式CRP推进器为研究对象,采用该数值方法预报操舵工况下该型推进器的水动力性能并予以分析。  结果  研究发现,该型推进器后桨推力、吊舱横向力和操舵力矩均随偏转角的增大而增大,前桨推力基本不随偏转变化。  结论  表明该型推进器操纵性能优良,具有广阔的工程应用前景。     

吊舱推进器水动力性能研究

本文应用CFD方法,对某L形吊舱推进器在敞水中的直航(长航)及斜航(机动)水动力性能进行数值模拟与分析研究。分别采用多参考系准定常模型、混合面定常模型及滑移网格非定常模型进行了计算,比较了不同计算模型对推进器水动力预报结果的影响,并分析了水动力(矩)及流场随舵角的变化规律。