新型集成电机推进器设计研究

为了实现单轴推进潜艇,在主推进轴系故障失效状态下的应急推进,在参照吊舱推进器的基础上并结合导管桨结构形式,通过将传统电机、螺旋桨推进型式在轴向空间进一步集成,设计出新型集成电机推进器,并通过设计实例对集成电机推进器在结构特点、电机设计、水动力学仿真与模型水池试验等方面进行说明,论证集成推进器高效率、高功率密度的特点,适合于作为潜艇应急推进装置。     

波浪推进艇的集成电机推进器设计及航速预报

为了给现有的波浪推进无人艇研制辅助动力装置,对有桨轴型集成电机推进器进行了相关的设计,包括电机设计、水动力性能和桨叶结构强度计算.首先进行电机的设计和螺旋桨的选型,并通过流固耦合方法对集成电机推进器周围的流场和桨叶应力场进行了计算.然后使用Star ccm+重叠网格法计算了水翼抬离水面工况无人艇模型的静水阻力,并与拖曳试验结果进行比较,验证了CFD计算方法的可行性.最后使用体积力法替代螺旋桨的作用,对安装了首固定水平翼和一个集成电机推进器的波浪推进无人艇在静水和迎浪规则波中航行时的航速进行了预报.     

集成电机推进器构型及特点分析

集成电机推进器(IMP)是一种新型的水下电动力推进装置,通过一种典型IMP构型介绍了其工作原理、结构,并分析其技术特点及发展趋势,认为集成电机推进器有较好的发展和应用潜力。     

对转集成电机推进器研究

集成电机推进器是一种新型的推进装置,它由电机直接带动螺旋桨旋转,具有诸多优点。本文简述集成电机推进器的发展历程和结构设计特点。介绍对转电机的设计思路和方法。为满足超小型水下机器人的实际需要,设计了1个对转集成电机推进器,基于磁路方法设计了驱动用直流永磁无刷电机,然后在Ansoft软件中建立直流无刷电机的模型进行仿真分析。结果表明设计是合理的,满足设计要求,证明集成电机推进器的可行性。     

导管式推进器非定常性能数值计算方法研究

基于滑移网格方法,采用SST k-ω湍流模型研究不同网格划分方式对带前置定子导管式推进器非定常性能的研究。首先基于相对参考坐标系法及滑移网格方法分别对推进器在定常与非定常下的性能进行数值预报,并与试验结果相比验证计算方法的可靠性。基于该方法研究整体网格划分方式与周期性网格对推力系数、扭矩系数与推进器各个方向上的非定常脉动力的影响。研究结果为进一步研究推进器非定常性能提供了参考。     

导管式推进器非定常性能数值计算方法研究

基于滑移网格方法,采用SST k-ω湍流模型研究不同网格划分方式对带前置定子导管式推进器非定常性能的研究。首先基于相对参考坐标系法及滑移网格方法分别对推进器在定常与非定常下的性能进行数值预报,并与试验结果相比验证计算方法的可靠性。基于该方法研究整体网格划分方式与周期性网格对推力系数、扭矩系数与推进器各个方向上的非定常脉动力的影响。研究结果为进一步研究推进器非定常性能提供了参考。     

基于滑移网格的带螺旋桨艇体尾流场数值分析方法

采用雷诺平均N-S方程对艇后螺旋桨的粘性流场进行整体仿真计算,使用SSTκ-ω湍流模型进行方程组的封闭。为了研究带螺旋桨的艇尾部流动状况,采用滑移网格的处理方案。比较了带桨与不带桨情况下尾部流场的变化。仿真结果表明,应用滑移网格技术可以为艇后螺旋桨和潜艇整体流场的研究提供一种实用可靠的方法。     

影响某艇喷水推进器推进性能的若干因素

基于某艇的推进性能需求,以喷水推进器设计工况为分析对象,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法,建立计算模型,研究叶轮叶顶间隙、流道格栅密度、艇底水底间距、双泵轴间距等工程应用因素对推进性能的影响,可为某艇喷水推进器的设计、安装与使用等提供合理依据。     

不均匀进流场下螺旋桨非定常力的数值模拟

本文基于STAR-CCM+对非均匀来流下的螺旋桨非定常力进行数值模拟,通过与试验值进行比较,分析了时间离散格式、单位时间步长螺旋桨旋转角度与网格密度对计算结果的影响。结果表明,在螺旋桨非定常力计算中,螺旋桨单位时间步长的旋转角度应为1.8°同时选取二阶时间离散格式,桨叶表面网格的边界增长率设定为medium就可以达到计算精度的要求。并在此基础上,对Suboff全附体潜艇模型下3个螺旋桨的非定常力进行数值模拟,分析桨叶个数以及桨叶侧斜对非定常力变化幅度的影响。     

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。     

螺旋桨敞水性能数值预报方法研究

针对E779A型螺旋桨和30.8万吨超级油轮(VLCC)螺旋桨进行敞水性能数值计算方法研究,考察了网格、计算域、压力离散格式等对数值计算的影响,并对收敛过程、结果进行了讨论、分析,使螺旋桨敞水性能计算流程进一步成熟,为进一步的螺旋桨水动力性能数值计算提供准备。     

基于大涡模拟的螺旋桨水动力特性分析

本文采用全结构化网格对螺旋桨进行网格划分,基于Fluent进行计算,首先用RNG k-ε湍流模型计算初始流场,待流场稳定后,再使用LES湍流模型计算。对DTMB4381螺旋桨非定常水动力性能进行数值预报,分析螺旋桨周围流场的特性,并将计算结果与模型试验结果对比,验证方法的准确性。     

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。     

螺旋桨水动力性能及流固耦合数值模拟

根据螺旋桨局部坐标转换成全局坐标的型值,建立螺旋桨的三维几何模型。基于商业软件,分别研究分区混合流体网格和结构网格的划分。使用Fluent软件分析螺旋桨的敞水性能,结合MRF转动模型和SST湍流模型研究螺旋桨在不同进速系数下的推力、转矩和敞水效率。与实验测量值比较,证实了该方法的工程可用性。基于Workbench平台,将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,研究螺旋桨敞水时的单向流固耦合作用,对桨叶的结构强度进行校核计算,并分析螺旋桨应力,变形与进速系数的关系。     

基于动网格的螺旋桨空化数值模拟

利用Schnerr-sauer空化模型及RNG k-ε湍流模型,并采用动网格模型对DTMB4381螺旋桨进行空化数值模拟。在进速系数J=0.7,空泡数σ=3.5条件下,预报的空泡形态与公开发表试验及数值模拟结果吻合度较好。因此,利用该方法可以较好地预报空泡性能,为进一步研究螺旋桨空化问题打下基础。     

圆舭艇及尾板水动力性能数值模拟

基于RANS方程,采用k-ε SST湍流模型和VOF两相流模型,对一条圆舭艇进行数值模拟,研究了尾板安装角度对圆舭艇总阻力的影响。将软件数值模拟结果与船模试验值进行对比。研究结果表明：通过CFD软件可预报圆舭艇的水动力性能,改变圆舭艇尾部压力分布是尾板产生减阻效果的主要原因。     

复合材料螺旋桨尾流场的数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨的变形对桨后尾流场分布的影响,利用商业软件FLUENT和ANSYS有限元建立了一种流固耦合方法,基于此方法分析了桨叶变形对螺旋桨压力分布以及尾流场分布的影响。研究结果表明,变形后桨叶两侧压差增大;在螺旋桨尾流场中,变形对各速度分量周向分布的影响随半径增大而增大;在0.9R(R为螺旋桨半径)处,切向速度在变形后减小约30%,轴向诱导速度减小约20%,径向速度增值在0.1m/s内。变形后轴向速度低速度区域增大,径向速度正速度区域增大,叶根处切向速度增大,叶稍处切向速度减小。