喷雾发动机性能分析

为了分析喷雾发动机的推进性能,采用双流体模型,对喷管内雾状气液两相流场进行了数值模拟,并根据计算结果及运行环境参数,求得发动机推力及推进效率.重点研究了入口压力,气相、液相质量流率,喷管半收缩角,液滴直径,船速等参数对发动机推力及推进效率的影响.结果表明:推力随人口压力、气相质量流率的增大而增大,推进效率随其增大而减小;推力及推进效率均随着液相质量流率的增大而增大,随着喷管半收缩角及液滴直径的增大而减小;当船速逐渐增大时,推力逐渐减小,推进效率却逐渐增大.     

环境压强对水下两相冲压式发动机推力影响的数值模拟研究

文章应用CFD商业软件FLUENT6.3模拟了水下两相冲压式发动机的内流场以及分析了环境压强对发动机内推力的影响.假设流动为稳定流动,空气是不可压缩的并且空气和水之间没有热量交换.在航行速度,环境压强和喷气角度不变的条件下,发动机内推力随着空气的质量流量增大而增大;内推力的动态分量随空气的质量流量增大而增大,静态分量几乎保持不变.在航行速度,通气量和喷气角度不变的条件下,发动机内推力随着环境压强增大而增大;内推力的静态分量随环境压强增大而增大,动态分量几乎保持不变.     

舵球推力鳍对最小推进功率的影响

针对安装有水动力节能装置的船舶,在最小推进功率的评估中,IMO临时导则的估算公式尚未涉及节能装置的影响。以数值模拟为主要手段,以大型散货船及其舵球推力鳍为研究对象,在验证了数值模拟方法的可靠性之后,重点对舵球推力鳍影响下的伴流分数、推力减额以及产生的节能效果进行了研究,为完善最小推进功率导则提供技术支撑。研究认为,临时导则第3.9条中静水阻力经验公式有良好的精度;舵球推力鳍对船舶静水阻力的影响很小,几乎可以忽略不计;数值计算结果显示,舵球推力鳍对推力减额、伴流分数有明显的影响,舵球推力鳍在超低航速时的节能效果远高于设计航速的节能效果,但是经验公式中并没有考虑节能装置在超低航速时对推进性能的影响。     

模型参数对水下两相冲压式发动机内推力影响的数值模拟研究

基于均质平衡流理论,考虑两相混合物的速度滑移,对水下两相冲压式发动机内流场进行了数值模拟,分析了水下两相冲压式发动机的内部结构参数变化对水下两相冲压式发动机内推力的影响。在给定来流速度条件下,发动机内推力随着进水道入口截面直径减小而增大,但是增幅减小,内推力随通气量的变化趋势没有改变;内推力和使内推力达到最大值的通气量最佳值随着进水道出口截面直径增大而增大;内推力随着喷管出口截面直径增大而增大,而通气量最佳值则减小;单独改变发动机进水道、混合室和喷管的长度以及混合室出口截面直径对发动机内推力的数值和变化趋势没有显著影响。     

船机桨稳定配合工况数学模型及仿真分析

船机桨的稳定配合关系直接决定船舶的运动效率和能量转换的优劣。本文建立包含螺旋桨推力、螺旋桨扭矩、船舶阻力、伴流系数、推力减额系数的船机桨稳定配合数学模型。以实船参数仿真分析了船舶航速、螺旋桨有效推力、船舶阻力、螺旋桨扭矩以及螺旋桨吸收功率的变化曲线,可为船的船机桨配合选择及航行操纵提供理论指导。     

基于字典排序方法的螺旋桨优化设计

为实现螺旋桨效率在一定的设计进速系数范围内的最佳化,本文以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力和空泡性能为约束条件建立优化数学模型,基于字典排序方法对优化模型进行求解。得到了优化后的螺旋桨螺距比径向分布,并将优化结果与以设计航速点的螺旋桨效率为目标进行优化后的结果进行对比。结果表明,由于船舶航行时航速的变化,以设计航速点的效率为目标进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围内多个工况点对应的效率。     

“十”字形矢量推进系统的设计

介绍了"十"字形矢量推进系统设计,分析了自主水下航行器(AUV)航程的影响因素。采用低阻力、低能耗的Myring型对推进系统尾部线型进行设计,通过计算流体力学方法求取航行阻力,在此基础上进行推进系统设计。利用有限体积法模拟出不同航速下电机转速与推力、螺旋桨效率的关系,对求得的数据进行分析,得到螺旋桨效率、阻力系数与航速的对应关系,为经济航速的选取提供参考。分析发现,提高螺旋桨敞水效率或负载功率有利于提高AUV的经济航速,在降低负载功率的同时提高低航速下的螺旋桨敞水效率是实现AUV长距离航行的关键。     

一种新型减摇装置的试验与分析

文章提出了一种新型船舶减摇装置－推力鳍,以解决提高船舶在全航速下的减摇能力问题,并研究了鳍浆组合体的结构形式,不同情况下的升、阻力特性;最后依据试验数据分析了船舶在低航速下的减摇能力。     

冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

为了探究螺旋桨-冰相互作用过程中螺旋桨水动力性能的变化,研究了非冻结模型冰在轴向运动时螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离以及螺旋桨不同进速系数的变化规律,以及非冻结模型冰在横向和垂向运动时螺旋桨推力和扭矩的变化规律。试验结果表明,螺旋桨在阻塞状态下推力和扭矩的值与敞水实验值相比显著增加;螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离的减小,先逐渐增加后增加值不稳定;非冻结模型冰在横向运动时螺旋桨推力不变,扭矩表现为在横向右端时最大;非冻结模型冰沿垂向运动时越往下运动螺旋桨推力和扭矩越大;区分了非冻结模型冰极端尾涡和螺旋桨-冰之间距离对螺旋桨水动力性能的影响。文中的试验设计和相关结论对于螺旋桨-冰相互作用的进一步研究有着一定的指导意义。     

船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析

研究船体与喷水推进装置的相互作用,探求喷水推进装置对船体自航因子的影响。通过提出船体与喷推相互作用的水动力仿真分析方法及仿真建模过程,从实船应用出发,进行了12.9 m铝制快速测量艇与武汉船用机械有限责任公司的喷水推进装置WDJ120的相互作用的实船仿真,结果表明,安装喷水推进装置的船体在自航状态下会产生较为明显的负的推力减额及正的伴流分数,从而有效地提高了船体效率,同时随着航速的增加,船体效率的提高更为明显。     

空气动力艇回转式推进装置的动力学特性

依据动力学特性设计一种新型空气动力艇回转式推进装置,通过简化流场模型和分析对称翼形受力计算空气螺旋桨推力和舵板受力,对比传统推进装置和回转式推进装置在不同转向角和螺旋桨转速条件下的动力学特性差异,并引入增值系数K对转向性能进行分析。研究结果表明:小偏转角下传统推进装置的推进和转向性能较好,但大偏转角下回转式推进装置的推进和转向性能要优于传统推进装置,且转速越高转角越大,其性能优势越明显。     

Influence of Ramjets’ water inflow on supercavity shape and cavitator drag characteristic

Water ramjets using outer water as an oxidizer have been demonstrated as a potential propulsion mode for underwater High Speed Supercavitating Vehicles (HSSVs) because of their higher energy density, power density, and specific impulse, but water flux changes the shapes of supercavity. To uncover the cavitator drag characteristics and the supercavity shape of HSSVs with water inflow for ramjets, supercavitation flows around a disk cavitator with inlet hole are studied using the homogenous model. By changing the water inflow in the range of 0–10 L/s through cavitators having different water inlet areas, a series of numerical simulations of supercavitation flows was performed. The water inflow flux of ramjets significantly influences the drag features of disk cavitators and the supercavity shape, but it has little influence on the slender ratio of supercavitaty. Furthermore, as the water inlet area increases, the drag coefficient of the cavitators’ front face decreases, but this increase does not influence the diameter of the supercavity’s maximum cross section and the drag coefficient of the entire cavitator significantly. In addition, with increasing water flux of the ramjet, both the drag coefficient of cavitators and the maximum diameter of supercavities decrease stably. This research will be helpful for layout optimization and supercavitaty scheme design of HSSVs with water inflow for ramjets.     

气层对滑行艇推进性能影响的试验研究

在中国船舶科学研究中心拖曳水池中，通过滑行艇模型自航试验，研究了艇底气层对滑行艇推进性能的影响，结果表明：气层对采用水螺旋浆推进的滑行艇推进性能的影响不大。由于气层影响，当滑行艇处于过渡状态时，推进效率略有增大；当滑行艇处于滑行状态时，推进效率略有减少。在饱和气流量时，阻力及主机功率最大减幅可达20％。     

电机-智能材料复合型仿生鳍设计及分析

针对目前开发的仿生鱼鳍驱动方式及其功能单一等不足,提出一种电机-智能材料复合型仿生鳍。首先介绍仿生鳍机构原理及设计思路,对仿生鳍单元的运动关系进行建模;结合动力学仿真软件分析不同曲柄长度时鳍条运动角位移、角速度和角加速度随时间的变化情况;最后试验测试仿生鳍推进器的平均推进速度和平均推进力随鳍条运动频率的变化情况,并比较分析相同运动学参数下鳍条摆幅从根部至端部逐渐增大运动模式和鳍条摆幅从根部至端部等幅运动模式推进性能的差异。该研究充分利用机电系统响应速度快和驱动力大的优势,结合智能材料形状记忆合金功重比高和柔性驱动等优点,使仿生鳍不仅实现了两种驱动方式上的融合,而且通过仿生鳍的多种运动方式(波动、摆动以及复杂三维柔性运动),满足了巡游、转弯以及稳定性调节等多种需求。     

气动推进方式在微型潜艇上的应用仿真

根据某型微型潜艇的动力参数要求计算并选择合适的气动马达及高压气瓶,利用SimulationX仿真软件建立了高压气瓶、气动马达、螺旋桨以及潜艇阻力的仿真模型。经过仿真计算得到该微型潜艇的水下航速及其续航力,以及螺旋桨转速、推力和转矩等一系列数据。认为,在推进装置质量减轻的前提下,气动推进方式能够为该艇提供满足要求的水下航速及其续航力。     

双尾鳍组合仿生UUV的研制及其特性研究

提出"组合仿生"的设计思想,集自然界飞行与鱼游动物之所长,研制出组合仿生UUV模型.模型突破生物的生理局限,采用双尾鳍推进方式,不仅有效抑制了常规尾鳍推进所带来的本体晃动问题,改进了潜航器巡游的稳定性,而且显著提高了推进速度;此外,借鉴飞行动物拍翼的机动灵活之所长,为潜航器研制增设了强化功能的二自由度胸鳍机构,实现了高机动性.该模型的研制成功不仅验证了组合仿生概念的可行性,还初步揭示了其优势,为仿生UUV提供了一条新的发展思路.     

新型爪式水泵应用于水下航行器喷水推进上的性能分析

为研究新型爪式水泵应用在水下航行器喷水推进上的性能,对该新型爪式水泵的流场特性、不同转动角度下内泄对扬程的影响等性能进行分析。建立水泵喷水推进数学模型,并进行推力模拟试验及其影响因素分析。结果表明:新型爪式水泵在角度0°时的泄漏量最低,在角度40°时的泄漏量最高,在不同尺寸间隙下,随着角度改变,泄漏量变化趋势一致,而随着间隙的增大,内泄量增多。推力随喷嘴尺寸变化的试验结果与理论模型预测值的变化趋势一致,推力与喷嘴直径呈负相关关系。随着航行器航行速度的增加,喷水速度增大,且增大的幅度会比航行器航行速度的增加量大。     

侧推孔球状气泡逸出轨迹及振动初探(英文)

In an atrocious ocean environment,the lateral propulsion hole could potentially be partly out of water and capture an air cavity.Bubbles would form when the captured air cavity escapes underwater and they may affect the performance of the sonar.The common commercial computational fluid dynamics software CFX was adopted to calculate the ambient flow field around the lateral propulsion hole generated by a moving vessel.The oscillation of the spherical bubble was based on the Rayleigh-Plesset equation and its migration was modeled using the momentum equation.The radiated noise of the oscillating bubble was also studied.The aim is that the results from this paper would provide some insight into corresponding fluid and acoustic study.     

基于仿生鳍的两栖驱动机构运动分析

为证实一种新型两栖驱动机构合理,并为之后研究提供基础,通过运用有限体积法,将柔性三维薄板视为仿生鳍鳍进行模拟分析,在水下环境中具体研究了振幅、周期等参数对仿生鳍运动的影响并分析推进原理,发现仿生鳍运动模式与马陆倍足运动方式基本一致。陆地上的研究通过建立运动学、动力学方程进行分析。结果表明,在水下仿生鳍单参数变量为振幅时主要影响运动的最大速度,与速度呈正比关系;为周期时影响加速度,与之呈正比关系;而推进效果是由仿生鳍两侧高、低压中心产生的正压梯度所提供。在陆地上仿生鳍的约束力足以提供运动所需驱动摩擦力,从而证明仿生鳍不仅可在水中进行巡游,而且通过调整结构姿态可实现在陆地的运动,由一套驱动机构实现了两栖运动功能。