桨后贝克舵的水动力性能研究

本文基于面元法理论对桨后贝克舵的水动力性能进行了研究。首先结合空泡水筒试验的试验结果检验了面元法程序的计算精度及可靠性,并将面元法计算所得水动力系数绘制成敞水性能曲线,对两种桨舵系统的水动力性能进行比较分析得出贝克舵的节能效果。然后改变桨与贝克舵之间的距离考察其对节能效果的影响,并与实验结果对了对比,结果显示,桨舵间距越大,桨舵系统的效率也就越高。     

四桨两舵推进系统的水动力干扰研究

利用较为简捷的扰动速度势的基本积分方程，从解面元法的基本积分方程得到偶极强度，直接求得流场中的速度势分布；为避免在物面上数值求导，用Yanagizawa方法求得物面上的速度分布并通过Bernoulli方程计算桨舵的压力分布，以此计算桨舵的升力系数等宏观量，再通过迭代的方式考虑桨舵的相互影响。通过对某大型舰船的四桨两舵推进系统的水动力所进行的分析研究得到了一些有益的结果。     

单桨双舵系统水动力性能数值模拟研究

采用结构和非结构网格结合的方法,运用滑移网格技术对单桨双舵系统周围的流动进行了数值模拟。着重考察了桨一舵系统的水动力性能计算,得到了用以评价桨推进、舵操纵的水动力性能的数据。同时,文中还对单桨双舵系统周围的流场进行了分析。数值计算的结果与试验结果吻合良好,验证了文中方法对于桨舵干扰水动力性能模拟的叮谨性。     

船-舵-桨的水动力干扰效应研究

基于计算流体力学方法,结合滑移网格技术与动网格技术,实现了带自由面的双桨双舵舰船的直航与斜拖的数值模拟试验,并根据数值模拟所得到的若干数据求取了桨的实效伴流系数ω_p、流入舵的纵向有效速度u_R与有效冲角α_R、操舵诱导横向力关于舵力的修正因子α_H及其距舰船重心的无量纲距离x"_H等船、舵、桨相互干扰系数。数值模拟结果与权威水池试验结果相比对,吻合良好。     

螺旋桨非定常性能预估的面元法

本文建立了一个预估螺旋桨非定常性能的基于速度势的非定常面元法,该方法中采用了双曲面元,避免了面元之间的缝隙,并采用迭代方法实现非线性的等压库塔条件。文中以第22届国际水池会议(ITTC)推进技术委员会推荐的HSP桨与D4679桨和挪威船舶技术研究所(MARINTEK)提供的PF-W-B桨为算例进行了考核计算,与试验结果和其他研究工作者的计算结果比较表明,螺旋桨的非定常性能预报的结果是令人满意的。     

反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

本文对反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能及桨舵干扰进行了研究。舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能用无限叶数的简易螺旋桨理论预估。桨舵干扰作用以迭代方法求得。采用面元法计算反应舵的性能，可以更精确地反映较复杂的反应舵表面形状对水动力性能的影响。通过计算得到的舵表面压力分布可看出反应舵节能的原因。本文还对反应舵的操纵性能进行了计算和研讨。     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

通过计算流体动力学(CFD)方法对敞水桨、桨-舵组合和优化间距的桨-舵组合装置进行数值仿真研究,分析桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值的吻合度良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的3个工况发现:在较低的进速系数下,系统的节能效率稍有增加,随着桨-舵间距的增大,节能效率呈现下降的趋势;在较高的进速系数下,随着桨-舵间距的增大,节能效率逐步下降。在较低的和中等的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小呈现逐步升高的趋势,在桨-舵间距减少10 mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;在较高的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小有下降的趋势。     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

本文通过CFD方法对敞水桨、桨-舵组合以及优化间距的桨-舵组合装置开展了数值仿真研究,分析了桨-舵间距对其组合系统的水动力性能影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值吻合良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的三个工况,发现在较低进阶系数下系统的节能效率有稍许增加,然而随着间距的增大,节能效率呈现降低的趋势;在高进阶系数下,随间距增大节能效率逐步降低。适当减小桨-舵间距,在较低和中等进阶系数下,随间距减小节能效率呈现逐步升高的趋势,在间距减少10mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;不过在高进阶系数下,随间距减小节能效率却有下降趋势。     

桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证

为减小螺旋桨尾流能量耗散,提高桨舵系统的推进效率,开展桨舵组合式推进器设计研究。首先,基于适伴流设计思想结合面元法编制最大阻力减额的扭曲舵设计程序,获得桨后舵不同展向位置的扭曲角度,并通过与一前端削平的舵球及桨毂光顺连接形成桨舵组合式推进器的设计方案。然后,采用数值仿真分析获得均匀流场中桨舵组合式推进器的水动力性能、压力分布与流场特性等细节,初步验证设计方案的合理性。最后,开展船后桨舵组合式推进器的水动力性能试验,获得不同航速下螺旋桨和舵的水动力性能。试验结果表明,桨舵组合式推进器较原型桨舵推进器的效率在全航速段均有一定程度的提升,在设计工况点提升值达2.7%,证明设计方法正确,设计方案合理可行。

     

用基于速度势的面元法预估导管桨的非定常性能

本文提供了一个计算导管螺旋桨的定常及非定常性能的基于速度势的非定常面元法,桨和导管的相互影响是通过在时域范围内迭代计算处理.关于桨泄出涡与导管泄出涡之间的非定常干扰在时域内匹配,本文推荐采用考虑它们非定常影响的简化处理方法,以减少计算时间,提高计算效率.算例计算结果表明,本方法可以有效地应用于导管桨的定常及非定常性能的预估.     

全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法

研究了全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法,基于螺旋桨面元法建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,对全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报。采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的缝隙。用Newton-Raphson迭代过程在桨叶随边满足压力Kutta条件。在计算面元的影响系数时,应用Morino导出的解析计算公式加快了数值计算的速度。为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布。本文计算结果与日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果及升力面方法计算结果进行了对比。     

螺旋桨非定常性能的面元法预报

采用扰动速度势面元法预报螺旋桨非定常性能,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定.预报结果与测试结果或其它数值结果比较是令人满意的.     

螺旋桨水动力性能的数值预报方法

基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能。选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出。在面元上布置等强度源汇和偶极子。采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致。利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报。     

基于分离涡模拟的对转舵桨水动力性能数值分析

基于OpenFOAM 软件平台,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)模型,结合滑移网格方法,对一组对转桨和对转舵桨的水动力性能进行数值预报,并利用快速傅里叶变换(FFT)对推力系数进行频谱分析。对转桨数值计算结果与模型试验结果比较,推力、扭矩系数以及推进器效率的误差分别在3%、2%和5%左右,验证了该数值方法的可行性。对转舵桨数值计算结果提示:压差阻力是吊舱和立柱阻力的主要成分,在立柱的前端存在回流,对立柱的优化设计可以从这两方面入手;立柱和吊舱的存在能够减小轴承力导致的振动。     

参数选择对螺旋桨水动力性能的影响

为研究螺旋桨的几何参数对其水动力性能的影响,用基于速度势的低阶面元法计算敞水螺旋桨的定常水动力性能,根据格林公式,得到关于螺旋桨扰动势的积分微分方程,采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边处满足压力库塔条件,计算分析螺旋桨的主要参数对其水动力性能的影响.计算结果表明,桨毂锥角、桨叶数、盘面比及侧斜对桨推进及空泡性能影响较大,而纵倾的影响相对较小.     

非均匀粘性流场螺旋桨非定常水动力性能研究

基于RANS方程和RNG k-ε湍流-模型,采用结构-非结构多块混合网格研究了船后非均匀流场中螺旋桨的非定常水动力性能。计算了DTMB4119螺旋桨的敞水性能,考察了网格依赖性。采用傅立叶变换进行了螺旋桨伴流场的谐调分析,并结合UDF功能实现了模型试验伴流场的输入。采用滑移网格技术模拟了非均匀流场中HSP螺旋桨的非定常特性。计算结果与试验结果的比较表明,建立的船后螺旋桨的非定常受力及表面压力分布计算方法精度较高,能够满足工程应用要求。     

冰级桨水动力性能研究综述

针对桨-冰相互作用对冰级桨水动力性能的影响问题,整理归纳国外冰级桨水动力性能研究进展,根据冰级桨特殊工作条件,介绍并分析目前两种主要冰级桨模型试验方法及其特点;介绍数值模拟预报程序PROPELLA,展望未来冰级桨水动力性能的研究方向。     

桨舵间距对螺旋桨推进性能影响的研究

利用CFD数值工具对原型以及减少桨舵间距后的布置进行数值模拟,量化其节能效果,并通过模型试验进行验证。CFD和模型试验结果均表明,减少桨舵间距对于提高螺旋桨推进性能有明显效果。以某3万吨级散货船为例,模型试验结果显示,减少桨舵间距0.5m后,收到功率降低3.1%,航速提高0.13kn。目前市场上运行的三大主力船型中,有相当数量船舶的桨舵间距仍有一定调整空间,表明这项研究成果具有良好的市场应用前景。     

基于重根模态特性的舵桨电机振动

针对某型船全回转舵桨电机出现的振动超标问题,通过振动位移传递分析发现电机-基座系统存在一对重根模态,且系统在1/2倍电磁频率附近产生共振。采用振动特性实时测试技术,对振动传递路径进行灵敏度分析,以识别电机振动源。基于PATRAN的模态分析结果,验证了电机-基座结构在17Hz附近存在一对重根模态,并对电机安装基座开展优化设计以避开电机-基座系统的共振频率。结果表明,电机顶部的振动速度从22 mm/s降低至8 mm/s。将有限元法与振动实测技术相结合,可有效解决舵桨电机的振动问题,对立式电机、全回转舵桨推进器等结构的设计与安装及类似振动故障问题的解决,具有一定指导意义。     

预报螺旋桨水动力性能的一种改进的面元法

采用一种改进的面元法预报螺旋桨水动力性能,将桨叶和桨毂表面离散为四边形双曲面元,每个面元上布置等强度的源,拱弧面和尾涡面离散为布置涡的四边形双曲面元。通过控制点的物面条件求取奇点强度,进而得出桨叶压力分布以及螺旋桨敞水性能,与试验结果比较,计算结果令人满意。