大侧斜螺旋桨设计中的考虑

介绍船舶大侧斜螺旋桨的设计流程和桨的各主要要素确定原则，论述大侧斜螺旋桨强度问题及工程实用的校核方法，对目前大侧斜螺旋桨设计工作存在的薄弱环节提出改进措施。     

大侧斜螺旋桨强度校核探讨

针对大侧斜螺旋桨复杂的几何外形和载荷分布,为准确解决其强度校核问题,介绍了两种螺旋桨强度校核方法,传统的悬臂梁法和有限元法。前者视桨叶为变截面的悬臂梁,按正车最大航速时的静态负荷来进行校核;采用有限元法在全速正车和紧急倒车状态时计算叶片的应力应变,重点介绍了紧急倒车过程中作用在桨叶上最大水动力载荷的确定方法。最后通过算例分析,比较两种方法校核同一螺旋桨强度的结果,指出有限元法更适合用于大侧斜螺旋桨的强度校核。     

大侧斜螺旋桨水动力数值图谱构建与应用研究

CFD方法的快速发展为螺旋桨水动力图谱构建提供了新的手段。针对大侧斜螺旋桨设计的强烈需求，以INSEAN E1619为母型桨拓展形成大侧斜螺旋桨系列方案，利用CFD方法开展大侧斜桨敞水虚拟试验，然后通过多元回归分析实现敞水结果的数字化表达，并对表达结果进行校验，在此基础上完成大侧斜螺旋桨水动力数值图谱设计程序开发和实例应用分析。经校验证明，回归多项式计算精度可满足数值图谱的开发要求。实例应用分析结果表明：相比B-系列螺旋桨图谱，在直径不受限制的条件下，本数值图谱设计方案效率与之相当，最佳直径偏小6%左右；在直径受限的条件下，本数值图谱设计方案效率偏高，文中实例给定直径下偏高约7%。该数值图谱可为低噪声大侧斜螺旋桨初步设计阶段的推进性能评估和推进系统参数选型提供新的手段和工具。     

大侧斜对转螺旋桨在鱼雷上的应用研究

文章从鱼雷螺旋桨设计过程中的噪声性能分析和强度分析两个方面研究了大侧斜对转螺旋桨应用于鱼雷的设计方法,并通过一个具体的鱼雷大侧斜螺旋桨设计实例和试验验证来说明此设计方法在鱼雷大侧斜螺旋桨设计中的应用前景及设计过程中的改进措施.研究结果表明,采用大侧斜桨叶可以得到良好的推进性能和更好的空泡噪声性能,而且振动小.同时也指出了大侧斜螺旋桨所存在的不足.文章对鱼雷用螺旋桨的设计和实际应用具有参考价值.     

大侧斜螺旋桨敞水性能分析

使用计算流体力学软件FLUENT模拟某大侧斜可调桨敞水的粘性流场,并计算其水动力性能。使用前处理软件GAMBIT建立螺旋桨实体模型并设定计算域和划分网格。选取若干进速,采用RNG模型进行计算,得到大侧斜桨的推力及其转矩,与试验结果比较分析,证明计算模型的可靠性,从而实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能。     

基于CFD的螺旋桨侧斜分布的影响

作为特种船舶高速推进装置的大侧斜螺旋桨,凭借其侧斜角较大的特殊结构导致由螺旋桨引起的轴承力和表面力特性减小,这对于提升推进器的推进性能以及效率性能有着重大意义。采用基于RANS方程的CFD数值模拟方法,对某五叶大侧斜螺旋桨(侧斜角度为55°)进行水动力学仿真并与水池试验结果对比,结果显示仿真结果具备可靠性与精确性。以大侧斜螺旋桨的侧斜分布为变量,并以原型桨为基础且只改变其侧斜分布而建立3个大侧斜螺旋桨模型,侧斜角度分别为40°、50°和60°。然后,对3个不同侧斜角度的大侧斜螺旋桨进行了定常敞水特性水动力学仿真实验。实验结果表明,随着螺旋桨侧斜角度的增大,螺旋桨的推进性能和高效性能都有所提升。     

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。     

侧斜螺旋桨桨叶强度计算及其可靠性分析

本文用有限元方法并结合MonteCarlo法校核了侧斜螺旋桨的强度，在此基础上对侧斜螺旋桨强度进行了可靠性分析，得出相应的可靠度系数。     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。     

使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算和考察

船舶性能CFD计算领域有必要尽快形成螺旋桨敞水性能CFD计算的快速预报能力,以快速响应用户的需求,使CFD成为螺旋桨设计的手段之一,并利用这一手段,发挥CFD计算结果信息量大的特点,对螺旋桨进行相关的性能考察计算。文章介绍了708研究所利用F luen t软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某船所使用的侧斜反弯扭桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较;同时还介绍了对此桨的性能情况所进行的一些数值计算考察。     

螺旋桨理论在IPG船侧斜桨设计中的应用

本文通过一艘ＬＰＧ实船侧斜桨的设计流体离螺旋桨理论（包括水动力设计、结构有限元应力分布计算及脉动压力预报）如何支撑了整个设计过程。依赖此理论及软件,设计中螺旋桨的诸参数组合更为灵活,与传统的图谱设计方法相比、桨的综合性能明显提高。对２２００Ｍ＾３ＬＰＧ船侧斜桨的设计方案,经第三方水池模型试验,其性能超过了国外提供的方案．     

大侧斜无键螺旋桨的制造与安装

本文以江南造船厂为联邦德国建造的24000吨级滚装船所用螺旋桨为例,简要介绍大侧斜无键螺旋桨的加工工艺及安装、拆卸工艺。     

使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算分析

船舶性能CFD计算领域有必要尽快形成螺旋桨敞水性能CFD计算的快速预报能力,以快速响应用户的需求,使CFD成为螺旋桨设计的手段之一,并利用这一手段,发挥CFD计算结果信息量大的特点,对螺旋桨进行相关的性能考察计算.文章介绍了中国船舶及海洋工程设计研究院利用Fluent软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某船所使用的侧斜反弯扭桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较,文中还介绍了对此桨的性能情况所进行的一些数值计算考察.     

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.     

螺旋桨数控加工技术研究

结合国际国内螺旋桨加工技术的现状,在进行螺旋桨数控加工技术研究的基础上,阐述了实现螺旋桨数控加工技术的基本途径和条件,着重介绍了大侧斜固定螺旋桨数控加工方法和过程.     

计算机辅助螺旋桨绘图系统开发

本文介绍了大侧斜，低噪音螺旋桨线型特点和生成方法，并用VLisp和VB对AutoCAD进行二次开发，研制了螺旋桨辅助绘图应用程序系统。     

考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法研究

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋桨流固耦合算法以及逐步逼近法,形成了一套可考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法,重点讨论了流固耦合中水动力载荷更新方式、逐步逼近法中预变形松弛因子的选择对设计结果的影响。通过大侧斜螺旋桨及复合材料螺旋桨设计实例,进一步阐述了在螺旋桨设计中考虑水弹性的必要性,也验证了所开发设计平台的有效性。该设计平台为后续复合材料螺旋桨的优化设计提供了基础。     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用“CFD+BEM”法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡（LES）模拟,对“艇+桨”进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 kHz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明：桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

基于粒子群算法的螺旋桨侧斜分布优化

为了降低螺旋桨激振力,减小螺旋桨对船体的诱导振动,采用粒子群优化算法,结合螺旋桨非定常面元法预报程序,对螺旋桨的侧斜分布进行优化设计。给出侧斜分布的数学表达形式以及粒子群优化算法的数学模型,并以Seiun-Maru HSP螺旋桨为母型桨进行优化设计,得到3种优化方案。其中,最优方案在不损失螺旋桨推力和扭矩的情况下,轴向一倍叶频、二倍叶频推力系数和扭矩系数明显降低,达到了优化目的,即通过改变螺旋桨侧斜分布形式,能够有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能,验证了粒子群优化算法用于螺旋桨侧斜分布优化的可行性,可以实现工程化应用。     

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。