浅谈螺旋桨设计中的螺距修正

螺旋桨设计中,设计的螺旋桨的某些参数往往与所采用的图谱系列螺旋桨不同,必须对设计螺旋桨的螺距进行修正,才能使二者性能相同,文中对螺距修正方法进行了浅述。     

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。     

多岛遗传算法在螺旋桨优化设计中的应用

文章将优化算法应用在螺旋桨的设计中。通过建立数学模型对螺旋桨推进效率进行寻优。以影响螺旋桨推进效率的主要因素(桨叶数、直径大小、螺距比、盘面比)作为变量,进行数学建模,用多岛遗传算法(MIGA)对螺旋桨的推进效率进行优化。这样改变螺旋桨的一部分参数就能直接得到最佳效率下的其他参数,而不需要进行繁琐的螺旋桨敞水性能图谱设计,对现代螺旋桨的设计有实用价值。     

不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性.试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能.     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

基于CFD的导管调距桨尺度效应研究

常规螺旋桨在进行水动力实验时,需要满足临界雷诺数的要求,这样,实桨的尺度效应就可以忽略。但是,对于非常规螺旋桨,如导管螺旋桨,尺度效应能否忽略值得研究,因为机翼型导管和螺旋桨水动力性能各自随几何尺寸变化的规律不一致。基于CFD计算方法,对某导管调距桨的尺度效应进行数值研究。在获得可靠的数值模拟方法后,数值模拟了两个螺距比和两个进速下不同尺寸导管螺旋浆的流场。比尺包括1、1.7、3.4、4.25、8.5和17共6个几何尺寸。计算结果表明,导管螺旋桨敞水性能的尺度效应比预期的要明显。随着尺寸增大即雷诺数增大,导管的推力先略有增加后基本不变,螺旋桨的扭矩和推力略有下降,但效率有所增加;小螺距比工况下的尺度效应要比大螺距比的大。     

吊舱推进器及其螺旋桨的敞水性能估算

对影响吊舱推进器螺旋桨性能的因素进行了分析,提出应用常规螺旋桨图谱估算POD桨敞水特性曲线的方法,根据已知POD桨的敞水特性资料,通过保持盘面比不变改变螺距比迭代计算得到等效常规螺旋桨,根据得到的螺距比变化规律和常规桨图谱,设计POD桨和估算其敞水特性,并给出算例。     

极地破冰船螺旋桨设计探讨

螺旋桨是船舶的核心部件，破冰船螺旋桨性能的优劣直接关系到全船的快速性能、破冰性能、振动噪声性能和安全航行性能，故冰级螺旋桨设计是破冰船设计过程中的关键环节，需要确保螺旋桨性能满足设计指标要求。冰级螺旋桨运行于冰水环境，螺旋桨设计时需要考虑冰块对螺旋桨的影响，而国内在冰级螺旋桨设计方面缺少经验。该文在对冰级螺旋桨特点分析基础上，建立了冰级螺旋桨设计流程（IPDP）,以一型PC2级重型破冰船螺旋桨设计为例，给出了设计结果和模型试验的验证结果。研究表明：冰级螺旋桨负荷重、工况多，其设计流程不同于常规螺旋桨，需要特别关注螺旋桨主参数与船型参数的迭代设计，既要验证敞水域航行的快速性能和振动性能，又要验证冰区航行的快速性能和螺旋桨强度性能等；对高冰级螺旋桨，需要设计成桨叶可拆式定距桨型式，方便单片桨叶的维修更换。     

基于遗传算法的船舶螺旋桨优化设计

船舶螺旋桨的设计主要分为理论法与图谱法,目前,图谱法设计已有成熟的计算程序与之匹配,采用遗传算法搜索进行船舶螺旋桨优化设计是一条新的思路。采用Wageningen B图谱的回归多项式,利用遗传算法的高效、并行、基于适应度函数的搜索法,进行螺旋桨优化设计,将螺旋桨直径、螺距比和盘面比作为设计变量,空泡性能作为约束条件,在保证目标转速的前提下优化船舶航速。经优化设计实例计算表明,遗传算法适用于船舶螺旋桨的优化设计。     

基于数值方法的船用铝合金螺旋桨性能和强度分析

验证升力面法和有限元法在螺旋桨水动力性能预报和桨叶强度分析中的计算精度,运用这两种方法对某铝合金螺旋桨进行分析设计。结果表明,在其水动力性能、强度等均满足设计要求的前提下,铝合金桨比青铜桨减重158.3 kg,减重比达59.2%。     

基于PropCad的螺旋桨几何建模研究

为了将螺旋桨设计所得到的主要参数和水动力性能转换为螺旋桨几何模型,基于PropCad软件,对桨型、桨叶数、旋向、桨径、盘面比、螺距、后倾角、侧斜、叶剖面等诸多因素进行精确控制,以准确快捷地完成螺旋桨几何建模。研究结果表明:根据船舶参数和螺旋桨参数等建模输入,借助Prop Cad软件进行输出螺旋桨2D/3D图、桨叶切面型值表、桨叶厚度送审报告,可以精确高效地将螺旋桨设计所得到的主要参数和水动力性能转换为螺旋桨几何模型。     

基于Visual Basic 6.0的螺旋桨设计及性能预报软件

随着船舶行业的不断发展,迫切需要一种设计软件来提高螺旋桨的设计效率。基于Visual Basic6.0开发平台,结合Fortran和动态链接库技术,实现了螺旋桨设计及水动力性能预报软件的设计。软件运用升力线理论完成了螺旋桨的设计与优化,进而运用升力面理论对螺旋桨的性能进行了预报。该软件界面友好、功能完善、可视性强,试验结果证明,能快速准确地进行螺旋桨设计及性能预报,提高了螺旋桨的设计效率,具有良好的使用性。     

DOE方法在螺旋桨几何参数优选中的应用

螺旋桨的几何外形是通过螺距、纵倾、侧斜、拱度、弦长、桨叶剖面等几何参数来表达的,这些几何参数影响着整个螺旋桨的水动力、噪声、空泡、振动等性能。定量地给出不同半径处各个几何参数对螺旋桨性能的影响,对螺旋桨的设计有重要的指导意义。论文采用试验设计(Design of Experiment,DOE)的拉丁超立方设计方法,结合螺旋桨定常水动力性能的面元理论预报程序,分别定量地研究了不同半径处的螺距以及盘面比与0.4、0.7、1.0半径处的纵倾、螺距、侧斜对敞水螺旋桨推力系数和敞水效率的影响;同时,结合螺旋桨非定常水动力性能的面元理论预报程序及傅里叶分析方法,定量研究了不同半径处侧斜以及0.5、0.8、1.0半径处的螺距、纵倾、侧斜对螺旋桨主桨叶在给定伴流场中非定常推力的影响。研究结果表明:DOE方法能够准确分析不同径向处的几何参数对定常和非定常螺旋桨性能的影响程度。     

船用螺旋桨推进性能优化设计及试验方法

为进一步追求螺旋桨最佳的推进性能,以某船用高效桨作为研究对象,通过分析螺旋桨主要参数与水动力学性能之间的关系,在一定的约束条件下调整盘面比Ae/Ao、螺距P、纵斜ZR等主要参数进行优化设计。同时,将优化后的桨进行了敞水和空泡试验验证。结果表明,优化桨在能够保证空泡性能下,其在设计工况点附近的敞水效率较原桨提高近2%左右,综合性能更佳。本文优化方法可为相关船型的螺旋桨优化设计提供参考。     

CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析

螺旋桨作为船舶最常用的推进装置,在船舶高速化发展中发挥着举足轻重的作用。随着船舶载荷的增加,螺旋桨的水动力性能和敞水特性引起了国内外研究人员的广泛关注。螺旋桨在正常运行时,会受到非均匀尾流场的振动和空泡效应,使螺旋桨受到的脉动压力剧增,产生大量噪声的同时对螺旋桨的结构和性能造成损害。本文针对螺旋桨的水动力性能,采用CFD数值模拟技术和Fluent软件,对螺旋桨的敞水特性、噪声特性和不确定度等因素进行了系统的分析,对船舶螺旋桨的结构和流体力学设计具有重要的研究价值。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

导管参数对导管螺旋桨水动力性能影响研究

对42 m拖网渔船设计了导管螺旋桨,利用FLUENT软件计算其敞水水动力性能。在保持螺旋桨形状不变的情况下,改变导管的长径比、收缩系数和伸张系数三个形状参数,分别计算并比较它们的敞水水动力性能,进而研究导管参数对整个推进器推进效果的影响规律。     

钢板焊接桨的设计检验与强度分析

螺旋桨一般采用铜合金、铸钢及铸铁等三种材料铸造,但一些内河小船出于经济因素等方面的考虑,采取由钢板焊接制作。钢板螺旋桨设计与建造质量的好坏,直接影响到本身的强度和水动力性能,也影响到船舶的安全营运与经济效益。因此,对螺旋桨的设计与制造实施检验是船舶检验工作的一项重要内容。     

全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

Kappel螺旋桨变参数水动力性能研究

Kappel螺旋桨由于其性能优异,在市场上表现出了强劲的竞争力。但关于这种螺旋桨参数对其水动力性能影响的分析文章极少,本文利用CFD软件分别对普通螺旋桨和Kappel螺旋桨进行了水动力性能计算,结果表明叶梢有载的Kappel螺旋桨可提高螺旋桨效率约4%;系统地探讨了纵倾、侧斜、弦长等参数对螺旋桨水动力性能、压力分布的影响,为推广这种高效能螺旋桨提供了设计参考。