螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。     

端板式船用螺旋桨

荷兰格罗宁根螺旋桨技术公司推出带翼船用螺旋桨——端板式螺旋桨。 端板式螺旋桨与普通船用螺旋桨相比,像桨叶划水。端板可以保证螺旋桨桨叶端产生的涡流呈最佳分布,减小水冲力产生的损失。端板还能减少气蚀影响和引起螺旋桨腐蚀的气泡形成,端板还可减少对桨叶顶端的气蚀。     

复合材料螺旋桨敞水性能与结构特性研究

针对复合材料螺旋桨流固耦合效应显著的特点，本文通过CFD计算复合材料螺旋桨所受水动力载荷，应用有限元方法计算复合材料桨叶结构响应，建立双向流固耦合数值计算方法，研究不同进速系数工况下刚性和复合材料螺旋桨的水动力性能与结构特性。研究结果表明：相较于刚性螺旋桨，复合材料螺旋桨通过弯扭耦合变形实现螺距角与攻角自适应匹配，进而提高推进效率并降低功率损耗；复合材料桨叶的最大总变形和最大等效应力随来流速度的增大而减小，随旋转速度的增大而增大。基于蔡-吴准则对复合材料螺旋桨的失效行为进行判断，蔡-吴失效系数随进速系数的增大而降低，失效区域更容易出现在桨叶叶梢处。     

船舶螺旋桨几起事故分析

介绍几起典型的螺旋桨事故案例,分析螺旋桨损伤或折断的原因及其解决方案,总结出变形桨叶矫直和桨叶断裂焊补应注意的事项,提出避免驾驶操作失误、加强维修质量监督是减少螺旋桨事故的主要途径。     

基于B样条的螺旋桨面元法设计

为了改善螺旋桨的空泡性能，提出一种基于面元法的螺旋桨设计方法，桨叶几何形状用较少的B样条控制角点来表示。给定桨叶剖面环量分布，并认为桨叶剖面弦向环量分布与压力差分布形式相同。将面元法计算得到的压力差分布转换为环量分布，以计算的环量分布与给定的环量分布之差的平方和作为目标函数，通过最小化目标函数可以得到桨叶几何形状。     

船舶螺旋桨桨叶厚度的测量

本文介绍的螺旋桨桨叶厚度测量平面定位方法，一是将各厚度线都旋转到特定的平面上来定位；二是将测针正置于厚度线的方向上测量，以达到大幅度减少螺旋桨叶厚的定义误差、定位误差和测量误差的目的。     

螺旋桨空泡体积测量

螺旋桨背片空泡分布形态、变化趋势、面积、厚度、体积变化率对研究桨叶剥蚀、螺旋桨噪声及激振力具有重要的意义.通过双目立体视觉的计算机技术,利用两台不同角度的摄像机采集同一时刻的桨叶背片空泡,计算空间点在两幅图像中的视差,获得该点的三维坐标值,得到螺旋桨空泡面积和体积信息.通过连续采集空泡图像信息并实时处理可进一步得到螺旋桨背片空泡发展趋势和体积变化率信息,为解决降低螺旋桨激振力和噪声、桨叶剥蚀等问题提供了重要的技术检测手段,有助于螺旋桨设计者提供更优秀的螺旋桨方案.     

基于NAPA的螺旋桨几何造型和图形生成方法研究

螺旋桨设计是船舶设计中重要的组成部分之一．基于船舶设计NAPA软件平台,使用NAPA自带的NAPA BASIC语言,利用坐标变换方法,根据螺旋桨桨叶的伸张轮廓和叶切面形状,得到了桨叶几何造型所需的三维坐标值,同时研究了桨叶二维图形的生成方法,从而有效地将船舶设计软件与螺旋桨的几何造型紧密结合起来,节省了大量的人力物力,提高了工作效率,推动了计算机技术在螺旋桨设计领域的应用,为船用螺旋桨的精确和高效绘图寻求了一条新途径．     

基于MATLAB与CATIA船用螺旋桨建模研究

通过分析螺旋桨的几何特征，依据MATLAB编程语言实现桨叶不同半径处三维型值点计算。同时，为提高不同半径处桨叶曲面连接光顺性，对相邻半径处曲面变化较大处增加半径条数，通过样条插值方法插值增加半径处的三维型值点数据，并将三维型值点以CATIA平台识别的特定格式文件输出，快速完成螺旋桨三维模型的绘制。结果表明：该方法减少了繁琐的计算与数据整理工作，提高了螺旋桨曲面光顺性与三维建模效率。     

非冻结模型冰-螺旋桨切削状态的试验研究

冰-螺旋桨的切削过程十分复杂，如何精确掌握冰桨作用模式和揭示冰桨作用机理对冰区螺旋桨理论研究和设计极其重要。本文介绍了利用冰桨切削试验平台开展的不同冰材料、螺旋桨尺度、切削深度、冰推送速度及螺旋桨转速时的冰桨切削试验研究，以及对螺旋桨冰载荷、遮蔽效应和冰桨作用模式进行的测量和分析。试验结果表明：通过高速摄像机对冰桨切削过程的捕捉证明了桨叶遮蔽效应的存在；相同切削深度时，螺旋桨尺度越大，桨叶受到的遮蔽效应越严重；冰桨切削深度越深，桨叶受到的遮蔽效应越严重，且螺旋桨中受到遮蔽效应的桨叶也越多；随着冰块推送速度的增加，模型冰的破坏模式由剪切断裂破坏逐渐向局部挤压破坏和剪切断裂破坏转变；极地船舶破冰航行过程中，可适当地提高螺旋桨转速，以减小螺旋桨受到的冰载荷，提高破冰能力。     

船用桨后固定组合叶轮节能效果研究

船用桨后固定组合叶轮是一种新型螺旋桨节能装置。为了解其节能机理并验证节能效果,基于计算流体力学(CFD)方法对该问题进行研究。首先选用B4-65螺旋桨进行敞水数值模拟,验证计算模型和方法的正确性;然后重点对螺旋桨在加装桨后固定组合叶轮后的水动力性能进行模拟。结果表明:桨后固定组合叶轮能够较好地削弱螺旋桨后方的梢涡与毂涡,回收尾流能量。而且该节能装置能与螺旋桨产生有利干扰,增加桨叶上的推力。在低进速区(J0.4)时,该节能装置能达到2%以上的节能效果。     

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。     

自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法

传统的螺旋桨推进方法对自重构变形桨叶螺旋桨的适用性较差,究其原因主要由于传统方法中的算法对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力参数与气动推进参数计算逻辑不相匹配,造成推进动力输出的不足。因此,提出自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法。首先,对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力进行建模,获得螺旋桨自身的结构动力参数;其次,对自重构变形桨叶螺旋桨的气动推进动力进行建模,获得准确的启动推进参数;最后,结合上述模型参数,引入气动推进中心聚类算法,对模型数据进行融合权重聚类计算,得到自重构变形桨叶螺旋桨气动推进匹配值,完成优化计算,并通过仿真实验对其可行性进行验证。     

轮缘推进器反厚度规律桨叶的翼型对比分析

为了开发适用于轮缘推进器的无轮轴螺旋桨，以Ka4-70+19A导管螺旋桨为基础，构造了叶梢厚，叶根薄的反厚度规律桨叶，相应的桨叶翼型也进行了重新设计。根据不同的原则设计了3套桨叶翼型，使用CFX对3种桨叶进行敞水性能分析。结果表明：反厚度规律桨叶叶梢压力分布不均匀，吸力面靠近导边与随边位置出现较大面积高压区和压力最大值，压力面出现较大面积的低压区和压力最小值。Type1翼型梢部压力从导边到随边变化较大，敞水性能相对于原型桨变差；Type2桨叶能保持翼型攻角基本不变，但梢部载荷降低，敞水性能降低最多；Type3桨叶压力沿切向分布更均匀，敞水性能为三者最佳。研究结果可为RDT的反厚度螺旋桨设计提供参考。     

螺旋桨性能和压力分布预估方法的改进

本文提供了一个预估螺旋桨性能的升力面数值计算方法。该方法引入了一种新的螺旋桨尾涡模型,用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,以考虑尾流收缩等非线性影响。应用离散的涡、源奇点系作升力面数值计算.编制了螺旋桨性能及桨叶表面压力分布的计算程序。对DTNSRDC系列侧斜桨和AU型桨计算了桨叶上环量径向和弦向分布、螺旋桨敞水性能、桨叶上压力分布和桨后尾流场,并与相应的试验结果和其他方法的计算结果分别进行了比较。比较结果表明,利用本文提供的方法可望提高大侧斜螺旋桨性能的计算精度。     

平衡侧斜和偏侧斜对船舶螺旋桨水动力性能的影响

为了改善船舶螺旋桨在中高载荷下由于吸力面局部压力过低造成空化的现象,提出通过改变螺旋桨的侧斜方式和侧斜角度来改善螺旋桨吸力面的压力分布,从而改善桨叶的空化形态的方法.以DTMB P4119桨为原型改变其侧斜方式和侧斜角度,新构造了7个螺旋桨,并基于k-ω SST湍流模型和混合网格方法对新构桨进行敞水数值计算.结果表明:对偏侧斜桨,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数增加,敞水效率略有降低.而对于平衡侧斜桨,在低进速下,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数和敞水效率降低;中低进速下平衡侧斜桨和偏侧斜桨的敞水效率相当,中高进速下,平衡侧斜桨的敞水效率高于偏侧斜桨;桨叶吸力面的低压区随侧斜角度的增加而变得狭长,有利于削弱片空化.     

带前置预旋导轮的螺旋桨空泡脉动压力数值模拟研究

本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮后的螺旋桨空泡脉动压力预报研究;对比分析了有无节能装置时的螺旋桨叶表面空泡形态及1阶和2阶船体脉动压力.研究表明,在本实例中安装节能装置后的1阶和2阶脉动压力分别下降了33％和20％,而桨叶表面空泡面积也有所下降.     

带前置预旋导轮的螺旋桨空泡脉动压力数值模拟研究（英文）

本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮后的螺旋桨空泡脉动压力预报研究;对比分析了有无节能装置时的螺旋桨叶表面空泡形态及1阶和2阶船体脉动压力。研究表明,在本实例中安装节能装置后的1阶和2阶脉动压力分别下降了33%和20%,而桨叶表面空泡面积也有所下降。     

全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文中提出了桨叶固液交界面上水动力载荷的转换方法,详细研究了插值加权系数和有限元网格尺寸对桨叶结构强度计算精度的影响规律,给出了适用于桨叶强度评估的插值加权系数和单元网格尺寸选取原则。最后,该文以5000 kW级全回转推进器螺旋桨为例,开展了桨叶结构强度数值计算和安全评估,获得了桨叶的应力和变形分布规律,整体上建立了全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法,可为大功率全回转推进器螺旋桨设计提供借鉴和参考。     

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%。