导管螺旋桨在斜流中的水动力性能试验

介绍上海船研所研制的斜流导管推力仪及在空化水洞中进行的斜流导管螺旋桨水动力性能试验，并对试验结果作了比较分析。     

大侧斜对转螺旋桨水动力及桨叶应力数值计算

对转桨采用大侧斜形式能降低螺旋桨的线谱噪声,但同时也会降低叶片的强度和刚度,工程应用中需要对其强度进行校核。本文基于不可压缩流体"雷诺时均N-S方程+RSM湍流模型",采用多重参考系模型处理多旋转区域耦合问题,得到了螺旋桨表面压力分布;应用有限元(FEA)分析方法对叶片进行分析,得到叶片应力分布与变形量等参数。通过对大侧斜对转螺旋桨水动力及桨叶应力数值计算,为螺旋桨设计提供理论依据,具有一定的工程意义。     

大侧斜螺旋桨水动力数值图谱构建与应用研究

CFD方法的快速发展为螺旋桨水动力图谱构建提供了新的手段。针对大侧斜螺旋桨设计的强烈需求,以INSEAN E1619为母型桨拓展形成大侧斜螺旋桨系列方案,利用CFD方法开展大侧斜桨敞水虚拟试验,然后通过多元回归分析实现敞水结果的数字化表达,并对表达结果进行校验,在此基础上完成大侧斜螺旋桨水动力数值图谱设计程序开发和实例应用分析。经校验证明,回归多项式计算精度可满足数值图谱的开发要求。实例应用分析结果表明：相比B-系列螺旋桨图谱,在直径不受限制的条件下,本数值图谱设计方案效率与之相当,最佳直径偏小6%左右;在直径受限的条件下,本数值图谱设计方案效率偏高,文中实例给定直径下偏高约7%。该数值图谱可为低噪声大侧斜螺旋桨初步设计阶段的推进性能评估和推进系统参数选型提供新的手段和工具。     

参数选择对螺旋桨水动力性能的影响

为研究螺旋桨的几何参数对其水动力性能的影响,用基于速度势的低阶面元法计算敞水螺旋桨的定常水动力性能,根据格林公式,得到关于螺旋桨扰动势的积分微分方程,采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边处满足压力库塔条件,计算分析螺旋桨的主要参数对其水动力性能的影响.计算结果表明,桨毂锥角、桨叶数、盘面比及侧斜对桨推进及空泡性能影响较大,而纵倾的影响相对较小.     

大侧斜螺旋桨强度研究

本文介绍了利用三维相对单元编制的用于大侧斜螺旋桨强度计算的有限元程度ＨＰＲＯＡＰ。并用大量国内外正在使用的大侧斜螺旋桨强度的对比计算结果及九个桨模的试验结果验证了该程序的可靠性。     

多桨船舶螺旋桨水动力性能分析研究

以某船四个MAU型螺旋桨为研究对象,应用FLUENT有限元方法建立船舶尾部与螺旋桨有限元模型。计算各桨的推力、推力系数、扭矩、扭矩系数,以及敞水效率,并与回归公式计算结果进行对比。研究表明,内后桨的推力和扭矩要大于外前桨,,但两者的敞水效率基本相同;有限元方法和回归公式的计算结果基本一致,误差在8%以内,说明FLUENT有限元方法具有较高的计算精度,可用于多桨船舶的船?桨、桨?桨水动力性能分析。     

船舶螺旋桨水动力性能数值分析

为获取船舶螺旋桨的水动力性能,采用多参考系模型（Multi-moving Reference Frame,MRF）法,运用重正化群（Renormalization Group,RNG）k-ε湍流模型计算定常条件下的螺旋桨水动力性能,研究不同进速比与不同盘面比条件下的螺旋桨水动力性能,分析不同进速条件下的螺旋桨推力与扭矩等水动力参数变化特性。结果表明：随着进速比的增大,螺旋桨的推力与扭矩呈现下降趋势;在盘面比由0.45增大至0.55时,螺旋桨的推力与扭矩随着盘面比的增大而增大,但在盘面比由0.55增大至0.60时,螺旋桨的推力与扭矩减小。因此,在设计螺旋桨的过程中,需要考虑盘面比对螺旋桨水动力性能的影响。     

大侧斜螺旋桨敞水性能分析

使用计算流体力学软件FLUENT模拟某大侧斜可调桨敞水的粘性流场,并计算其水动力性能。使用前处理软件GAMBIT建立螺旋桨实体模型并设定计算域和划分网格。选取若干进速,采用RNG模型进行计算,得到大侧斜桨的推力及其转矩,与试验结果比较分析,证明计算模型的可靠性,从而实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能。     

可调螺距螺旋桨水动力性能分析

利用面元法分析可调距螺旋桨的水动力性能.计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的的压力在随边有良好的一致性,同时用模拟物体真实行状的面元法来解决调距桨在螺距变化时的叶剖面畸变的问题.用Morino导出的解析计算公式来计算面元的影响系数,加快了数值计算的速度.以无厚度线性尾涡模拟桨叶泄出涡.调距螺旋桨最佳转轴位置由理论方法求出,使得桨叶的转叶矩为零.计算过程中计入了桨毂的影响,并分析了桨毂对桨叶表面压力分布的影响.最后给出了调矩螺旋桨水动力性能随随螺距的变化规律,并和试验结果作了比较分析.     

基于CFD的斜流对螺旋桨性能影响探究

对于拖船、拖网渔船及高速艇等船型,其螺旋桨处在斜流工作条件下。为研究斜流对螺旋桨水动力性能的影响,文章使用商用流体力学软件STAR-CCM+对不同斜流角下螺旋桨的水动力性能进行计算。计算结果表明,斜流会导致螺旋桨敞水性能下降并诱发横向力,对船舶航速、传动轴系及船舶操纵性产生不利影响。     

基于CFD的螺旋桨侧斜分布的影响

作为特种船舶高速推进装置的大侧斜螺旋桨,凭借其侧斜角较大的特殊结构导致由螺旋桨引起的轴承力和表面力特性减小,这对于提升推进器的推进性能以及效率性能有着重大意义。采用基于RANS方程的CFD数值模拟方法,对某五叶大侧斜螺旋桨(侧斜角度为55°)进行水动力学仿真并与水池试验结果对比,结果显示仿真结果具备可靠性与精确性。以大侧斜螺旋桨的侧斜分布为变量,并以原型桨为基础且只改变其侧斜分布而建立3个大侧斜螺旋桨模型,侧斜角度分别为40°、50°和60°。然后,对3个不同侧斜角度的大侧斜螺旋桨进行了定常敞水特性水动力学仿真实验。实验结果表明,随着螺旋桨侧斜角度的增大,螺旋桨的推进性能和高效性能都有所提升。     

基于CFD的船舶双螺旋桨水动力性能分析

目前,采用双螺旋桨的船舶较为广泛,但是由于船桨之间的相互干扰,造成螺旋桨水动力性能存在差异。本文以某型船舶双螺旋桨作为研究对象,基于滑动网络技术,采用ICEM软件建立螺旋桨的三维模型,采两种不同的湍流模型,分析了湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响。采用对称边界模型对双螺旋桨进行数值计算,与单螺旋桨进行对比分析,双螺旋桨提升了推进效率。     

导流帽对螺旋桨水动力性能的影响研究

采用CFD仿真方法研究了安装在调距桨油缸外的导流帽对螺旋桨水动力性能的影响,研究发现导流帽对桨叶受力影响较小,但导流帽降低了桨毂的阻力,使得整个推力增大,推进效率有所提高。进速系数较大时,导流帽对叶根区域压力分布有一定影响,但总的来说导流帽对叶根区域流动影响较小。     

螺旋桨水动力性能的数值预报方法

基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能。选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出。在面元上布置等强度源汇和偶极子。采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致。利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报。     

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。     

大侧斜螺旋桨设计中的考虑

介绍船舶大侧斜螺旋桨的设计流程和桨的各主要要素确定原则，论述大侧斜螺旋桨强度问题及工程实用的校核方法，对目前大侧斜螺旋桨设计工作存在的薄弱环节提出改进措施。     

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。     

大侧斜螺旋桨桨叶应力测试研究

采用在大侧斜桨模表面粘贴应变片的方法来研究桨叶在不同工况下的应变和应力分布，分别进行了大侧斜桨四象限敞水试验，叶片在集中力静载荷、离心力作用下的应变测量，以及在危险工况下的桨叶动态应变测量，详细讨论测试方法、设备和技术，桨叶动态应变测量结果说明在危险工况时桨叶随边0．55R区域内有高应力区，研究和分析表明，测量方法和试验系统是成功的。