直尾舵的水动力性能分析研究

船舶操纵性主要通过性能优良的舵保证。研究开发性能优良的舵型,改善舵的水动力性能,对提高船舶操纵性十分重要。通过研究,本文提出一种新型实用的直尾舵,它是在普通流线型舵的后缘加装一块平直的尾板而成,称之为直尾板。基于CFD软件Fluent计算了舵球舵、制流板舵、鱼尾舵和直尾舵的水动力性能系数,并对比分析了直尾舵的水动力性能优缺点。相比舵球舵和制流板舵,直尾舵的正车水动力性能有较大幅度的提高,比鱼尾舵的水动力性能略差。但是,直尾舵的倒车性能优于鱼尾舵和制流板舵。因此,直尾舵属于正车、倒车水动力综合性能最好的组合舵。     

关于变翼舵的试验设计问题

本文作者以长江540马力(397千瓦)推轮作为试验研究对象,设计了变翼舵的选型试验、制动力测定试验、表观制动效果试验、对推轮正航操纵性影响试验以及敞水舵水动力测定试验;从试验结果出发,对变翼舵和其他舵型的性能作了广泛的比较和分析。从而肯定了变翼舵改善船舶性能的可能性;也肯定了变翼舵改善船舶正航操纵性的可能性;并指出用变翼舵改善船舶的制动性能有其独特的优点——航速越高,其制动效果越好。这就为进一步提高高速舰船的机动能力开拓了一条新路。     

进江船型半悬挂舵升力性能优化

针对进江船型操纵性要求较高而半悬挂舵升力性能较低的问题,基于CFD方法,采用翼型优化设计、制流板优化设计、随边直尾化设计3种技术措施对一型“曼谷型”集装箱船的半悬挂舵进行升力性能优化。对比升力系数和阻力系数计算结果;考察舵面流动和端部流动,分析增升原因;结合阻力因素考虑,确定实船应用的优化舵系方案。结果表明：3种技术措施均可有效提高半悬挂舵的升力性能。通过对比原船型和目标船型的操纵性试验结果,验证了实船应用的优化舵系对于改善目标船型操纵性的作用。     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

基于CFD的高效舵多方案优化设计

为了提高某型船的操纵性,以提高升力系数为目标,综合考虑布置、强度和可加工性因素,对其舵系进行优化设计;应用CFD方法,模拟舵系在不同攻角下的三维流场,分析翼型最大厚度位置、加装制流板措施以及随边高效化设计对舵效的影响,得到舵效较优的设计方案。在此基础上,通过模型试验对比优化前后的舵系水动力性能,结果表明,采用高效能措施设计得到的舵系,在相同舵角下具有较高的升力系数。     

螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

船舶尾板振动性能研究

船舶尾板能改善艉部伴流,是提高船舶航速的有效措施之一。本文通过应用有限元法和流体边界元法对船舶尾板的振动性能作较全面的分析研究,从而了解尾板自身的振动特性以及尾板对船体结构振动响应的影响,为尾板的设计提供结构动力性能方面的依据。     

制流板对舵性能的影响

本文根据交大水池进行的敞水舵试验结果,分析了制流板对舵性能的影响,并给出了舵在安装制流板后的升力系数、阻力系数、扭矩系数及压力中心系数的计算公式或曲线。文中所提供的有关资料,不仅适用于通常的船舵,而且也可用于计算升降舵、减摇鳍等安装制流板后的水动力性能。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点。在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵。本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵。     

Comparison of the mariner Schilling rudder and the mariner rudder for VLCCs in strong winds

A simulation model of a very large crude carrier (VLCC) with either a mariner type Schilling rudder or a mariner rudder was developed from captive and free-running model tests. Kijima’s regression formula was used to predict the hydrodynamic hull forces on the VLCC. To simulate full-scale maneuvering at cruising speed, the constant torque operation of the main engine was assumed. Considering the higher normal lift force and maneuverability of the mariner type Schilling rudder as compared to the mariner rudder, the size of mariner type Schilling rudder is kept smaller as compared to mariner rudder. To compare the efficiency of the two types of rudder system, maneuvering simulations at constant engine torque and course-keeping simulations at various gusting wind speeds and encounter angles were carried out. Based on the simulation results, the two rudder types were compared from the viewpoint of maneuvering and fuel efficiency in windy conditions.     

35000吨肥大船浅水操纵性能改进

本文叙述浅吃水肥大船的操纵性改进试验研究，采取安装不同的稳定鳍，采用西林舵和鱼尾组合舵，增大舵面积等改进措施，通过自由自航模的常规试验和淌航试验，比较了每一单项改进措施对船舶浣操纵性指标及淌航操纵性指标的定量影响。     

X舵与十字舵潜艇稳定性对比分析

诸多潜艇强国对X舵潜艇的应用,说明了其背后巨大的实际应用价值。X舵操纵能力较十字舵更优是公认的,但X舵潜艇在实际研究过程中航向稳定性性能是一直被忽略的问题。为了解X舵潜艇相比于十字舵潜艇的航向稳定性如何,首先利用CFD方法研究SUBOFF标模来验证数值模拟的可行性,然后对某十字舵与X舵潜艇在不同工况下进行数值仿真,计算出与潜艇航向稳定性相关的水动力导数,最后比较研究2种操纵面稳定性差异。对比分析结果表明,原十字舵潜艇方向稳定性指数为0.021 46,新设计的X舵潜艇方向稳定性指数为0.249 03。说明设计的X舵潜艇满足稳定性要求,并有足够的裕度为改进潜艇其他性能提供设计空间。     

基于熵权法和模糊集的船舶操纵性综合评价研究

采用熵权法—模糊集对船舶操纵性进行综合评价,建立船舶操纵性综合评价指标体系,阐述该方法的构造原理和操作步骤,并采用两种传统评价方法验证熵权法—模糊集在船舶操纵性综合评价中的有效性。以舵间距可调的双舵船自航模为研究对象,分别求取自航模在不同舵间距时操纵性评价指标的综合权重、模糊值以及评分函数,通过将综合评价结果与船模K′T ′P′ 指数进行对比分析,可得到更优的排序结果。该方法中,综合权重的确定克服了主观或客观单一方面赋权的不足,操纵性综合评价实现了由单一片面评价向全面综合评价的转变。熵权法—模糊集不仅在理论上具有优越性,在实际应用中也是可靠的,更适用于对船舶操纵性开展综合评价。     

舵型变化对船舶操纵性能的影响

介绍采用常规舵及整流尾组合舵两种方案的操纵性试验结果 ,探讨不同舵型对操纵性能带来的影响 ,最后归纳舵型变化对改善操纵性能的作用。     

扭曲舵强制自航舵力测量试验研究

在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,比较分析了扭曲舵和普通舵的舵力特性。试验结果表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善,对舰船的直航性和舵机受力是有利的。在通过打舵使舰船发生回转时,扭曲舵不仅能使舵轴上的受力状态得到改善,而且能够提高舵的操纵力,改善舰船的回转性能。     

Analysis on maneuvering motion characteristics of submarine under static moment in vertical plane北大核心CSCD

[Objectives]Aiming at the problem of poor depth-changing ability of the stern rudder of submarine at low speed, and the problem of reversing the movement trend is difficult when the stern rudder is stuck and encountering abrupt changes of seawater density in the vertical steering maneuver. This paper conducts the mechanism research of static moment maneuver. [Methods]First, it is proved through theoretical analysis that the static moment maneuver can eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder. Then, the surfacing process under the static moment maneuver and the rudder hydrodynamic control is numerically simulated. [Results]The simulation results show that the static moment maneuver can make the submarine maintain good vertical plane maneuverability at low speed, eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder, and avoid excessive trim angle of the submarine at high speed. At the same time, the recovery effect of the two emergency situations of rudder jamming and falling deep has been improved. [Conclusions]The static moment maneuver is beneficial to the maneuverability and safety of the submarine. The research in this article can provide a reference for the maneuverability design of submarine. © 2023 The Author(s).     

潜艇逆速时操纵的动态过程分析

  目的  针对潜艇垂直面操舵潜浮机动模式中存在的低航速下艉升降舵变深能力差,以及艉升降舵卡舵和遭遇海水密度断崖时挽回困难的问题,开展静力矩操纵方式的机理性研究。  方法  首先,通过理论分析证明采用静力矩操纵方式可以消除艉升降舵的逆速现象;然后,对潜艇采用静力矩和舵水动力操纵方式实施上浮机动过程进行数值模拟。  结果  结果显示,采用静力矩操纵方式能使潜艇在低航速下保持良好的垂直面机动性能,消除艉升降舵的逆速现象,并可避免潜艇在高航速下产生过大的纵倾角;同时,还能改善卡舵和掉深这2种紧急情况下的挽回效果。  结论  采用静力矩操纵方式有利于提高潜艇的机动性和安全性,研究结果可为潜艇的操纵能力设计提供参考。     

首艘尖头蜗尾船型的研究

本文阐述了监督73~*艇的船型研究要点,文中给出了该艇船模快速性、操纵性试验主要结果以及实船试航结果。