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。     

船舶四桨布局对水动力相互干扰的分析研究

针对一艘四桨推进的船舶,采用CFD数值仿真方法,分别模拟内、外桨位置变化后主船体及螺旋桨周围的流场,分析螺旋桨的布局,尤其是内、外桨横向、纵向距离的变化对螺旋桨推力系数、转矩系数、以及敞水效率的影响,提出船舶四桨布局的优化方向,给出四桨船布局优化的建议。     

从设计师观点看船舶性能中的尺度和粗糙度效应

在没有产生势流分离时要确定船体尺度效应，通常对阻力和升力采用两种不同的计算方法。根据不同的雷诺数，可以基于模拟阻力中的粘性部分预报实船阻力。通常，同样傅汝德数的模型升力系数可作为实船的升力系数。文中提出的方法是以这样的概念为基础的，即升力产生是与边界层粘性影响有关。根据这个方法，在给定的傅汝德数和雷诺数的情况下，应用有粘性／非粘性关系的势流、边界层和尾流计算可确定尺度效应。由于采用了特殊的速度分布     

船舶回转过程内、外桨负荷的仿真分析

船舶在回转过程中,一般内桨的负荷要大于外桨的负荷.但在某新研制船舶的回转试验中,观察到外桨负荷高于内桨负荷这一看似有悖常理的现象.为了解释这个现象,利用船舶推进系统的数学模型和三自由度平面运动数学模型(MMG模型),分别对定距桨和调距桨推进船舶的典型回转工况进行了仿真分析.研究结果表明:在负荷控制功能起作用的情况下,船舶回转时通过减小柴油机设定转速或减小调距桨的螺距,内桨的负荷比外桨小是完全可能的.在相同回转工况下,负荷限制线的设置和负荷控制规律对船舶内、外桨的负荷有很大的影响.控制系统的负荷控制功能是改变船舶回转工况内、外桨负荷的一个重要因素.     

负荷控制技术在船舶推进系统设计中的应用

负荷控制是保证船舶推进系统在动态工况下保护主机的有效手段.通过对定距桨推进系统和调距桨推进系统负荷控制的仿真分析,阐明了负荷控制功能在实际工程应用的基本方法和设计要点,以及在实际工程应用中取得的效果.负荷控制方法可推广应用到其它类似船舶设计中.     

船舶主尺度神经优化分析

本文阐述了以随机神经网络系统理论应用于船舶主尺度优化设计的新方法。介绍了神经网络的模拟退火优化算法的特点与基本思想、数学模型和计算步骤，并给出船舶主尺度神经优化设计的实船算例，以及与其他优化方法之比较。     

船舶节能装置的尺度效应数值分析

针对节能装置节能效果的尺度效应问题,文章结合船模试验,借助数值分析方法进行了研究.研究结果表明:ESD通过改善船尾流场流动而起到节能增效作用,如果ESD只能产生预旋流,则模型尺度和实船尺度下的节能效果基本一致,如果ESD能够产生推力和预旋流,则实船尺度下的节能效果小于模型尺度的节能效果.     

螺旋桨空化尺度效应的试验研究

本文描述了空泡水筒中一种可减小由粘性引起的空泡尺度效应的有液方法。在Sydney-Ezpress模型螺旋桨吸力面导边处加上不同的粗糙度,观察了不同试验雷诺数下桨叶上的空泡形态和边界层流态,建立了在CSSRC空泡水简中进行模型桨空泡试验时减小尺度效应的方法。试验结果表明:当试验雷诺数Re_(0.7R)<1.84×10~6时,需在桨叶导边加粗糙粒子,并使粗糙度雷诺数Re_K>650,以减小空泡试验中由于粘性引起的尺度效应。     

调距桨推进系统主动式负荷控制技术

为有效解决船舶主机在加载过程中碰到负荷限制线之后出现的加速受限和功率波动等问题,提出一种主动式负荷控制方法。当主机功率接近负荷限制线时,提前主动减小调距桨桨角,从而降低主机触碰负荷限制线的可能性。以某实船的推进系统为原型建立调距桨推进系统模型,对各负荷控制策略下的主机加载过程进行仿真,验证该负荷控制技术的有效性。仿真结果表明,主动式负荷控制技术能有效减少主机触碰负荷限制线的次数和时间,提升主机输出功率的稳定性,具有较好的负荷控制效果。     

螺旋桨负载在船舶动力系统中的特性分析

为了研究螺旋桨结构-船身耦合动力学特性,本文基于流体力学理论建立了螺旋桨水动力模型。采用Matlab软件编程计算,将船身动力学模型与螺旋桨水动力模型相耦合,得到船身动力学响应。本文采用的方法能够加快流体迭代收敛速度,并且具有较好的计算收敛性。     

LNG船舶的动力推进器的性能仿真研究

LNG(Liquefied Natural Gas)船是一种专门运输低温液化天然气的大型船舶,运输温度可以低至160℃。LNG船舶的技术含量高、制造功能复杂,同时又具有极高的工业价值,是海上大国的战略研究重点。本文主要针对LNG船舶的结构和功能优化设计,研究动力推进器的主机数学模型、主机力学分析和LNG船舶推进器的热力学分析等内容。     

相位差对双桨船脉动压力预报的影响研究

文章对双桨船脉动压力进行了计算,计算时考虑了左右螺旋桨之间的相位差对脉动压力计算的影响,结果证明汁算双桨船的脉动压力时,相位差的影响不能忽略,不同的相位差得到的计算结果有明显差别,越靠近船体内侧,相位差引起的幅值变化越大.相位差的影响还同双桨的距离有关系,双桨的距离越近,相位差的影响越显著,随着双桨距离加大,相位差的影响减小.这可以部分解释脉动压力模型实验和实船测试中的一些现象,同时也提醒试验人员在进行双桨船脉动压力试验时,要注意双桨相位差的影响.     

螺旋桨轴毂复合联结结构的有限元分析

为了提高舰船推进装置的结构强度,适应航行工况下的复杂受力、振动和冲击,对船舶螺旋桨轴毂复合联结结构的分析和强化具有重要意义。本文介绍传统的渐开线花键轴毂复合联结结构,在此基础上设计一种性能更可靠、强度和刚度更高的花键-胀紧套复合联结结构,并利用有限元分析技术对该花键-胀紧套的可靠性、结构和力学性能等方面进行分析。     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

  目的  在冰区航行对船舶螺旋桨强度的要求很高,因此对不同情况下螺旋桨的强度进行研究十分重要。  方法  基于有限元方法,以Workbench为工具,计算在冰区运行的不同纵倾角螺旋桨不同工况下的应力、应变,并在计算前开展网格收敛性研究。  结果  由分析计算结果可知：冰级越低,螺旋桨桨叶受到的冰载荷就越小,应力、应变也越小;部分工况下螺旋桨的应力、应变变化十分类似;较大的纵倾角对螺旋桨桨叶的应力、应变影响较大。  结论  计算结果可为冰区船舶螺旋桨的强度设计提供参考。     

船舶纵摇对内外桨水动力性能的影响分析

本文采用基于RANS方程的数值波浪水池和数值拖曳水池技术,针对四桨两舵船模,开展了带有纵摇运动的自航CFD模拟研究.首先开展了静水中的船模阻力和自航CFD模拟,并通过与模型试验结果的比较,初步验证了本文的CFD模拟方法;随后开展了不同运动周期的耦合运动响应的船模自航CFD模拟,对该种状态下船模的阻力、运动响应和船后螺旋桨的推力、扭矩等进行了分析,获得了有关变化特性.本文的研究工作,包括对于运动中舰船的快速性研究和预报等,具有一定的指导意义和参考价值.     

均流中大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究

应用FLUENT软件的滑移网格技术,实现了均匀来流中的桨舵干扰粘性流场计算。考察了桨推力、舵受力,桨舵周围的速度、压力分布。为尝试预报舵空泡性能,还考察了桨舵间距变化对舵面上的压力分布的影响,取得了与舵空泡观察试验一致的结果。本项工作为船后桨舵干扰粘性流场计算提供了基础。     

舰艇螺旋桨水下噪声预测

螺旋桨空化噪声是舰艇最主要的辐射噪声源。文章分析了螺旋桨噪声平坡形谱曲线的特点,给出源声级谱级曲线的衰减指数值,分析了特征频率和峰值谱级的影响因素。由螺旋桨空化状态下两个特征航速对应的部分频段内的噪声谱级计算式拟合得到水面舰船螺旋桨空化后任意可达航速下的噪声谱曲线。结合叶梢周向速度一定时特征频率处谱级与螺旋桨直径的函数关系和频率一定时叶梢周向速度变化引起的特征频率处谱级变化量,得到潜艇螺旋桨无空化状态下特征频率处谱级,在空化状态下,还需要加上螺旋桨进入尖锐谱峰区和转速进一步升高引起的声级增加量,从而得到了潜艇在任意航态下整个频带内螺旋桨噪声谱级的计算式。利用已有数据对计算式进行了检验,计算声级误差小于4dB。计算中用到的叶梢初生空泡数和判定是否出现窄带调噪声要通过空泡筒试验确定。     

船舶螺旋桨缠绕物自动切割装置研究

现今航海中船舶螺旋桨经常遇到水中悬浮物的缠绕问题,至今还未有一套完善的装置来处理此问题,这给渔民的生产、生活以及船舶海上航行带来了一定的隐患.在研究船舶螺旋桨缠绕异物预防与排除技术,经过现场考察,设计制作了一套螺旋桨缠绕物预防和排除装置,经过对某些柔性物体的实验切割,取得了理想的效果.研究成果正在逐步向修造船企业和相关用户推广,该装置综合运用现代工程、船舶、机械、电子以及航海驾驶等多学科技术于一体,运用各种最新科技手段,预防与排除船舶螺旋桨缠绕异物,确保船舶的航行安全和正常的生产作业.