侧推器脉动压力及噪声的试验研究

侧推器桨叶负荷重、叶梢间隙很小,比普通螺旋桨更容易产生空泡,因此振动和噪声问题更加突出。公开文献中相关试验研究极少。作者在上海交通大学空泡水筒开展了侧推器脉动压力和噪声的模型试验研究,对于齿轮箱位于桨叶上游的情况,考察了来流速度、螺旋桨转速以及空泡对脉动压力和噪声的影响。试验分析表明前两个因素影响很小;有空泡时的脉动压力和噪声均比无空泡时明显增大;有空泡时,随着空泡数的降低,桨盘面处的压力脉动会进一步加剧,而噪声却下降了。     

船舶侧推器故障排查

<正>0 引言为提高船舶操纵性能,耙吸式挖泥船配备2台横向推进器(即侧推器),不同吨位船舶所配备的侧推器的功率也不尽相同。侧推器由大功率电机通过扇形齿轮驱动螺旋桨进行传动,实现船舶的横向移动。其中,螺旋桨桨叶的螺距是可变的,简称可变螺距桨(CPP)。1 故障情况某大型耙吸式挖泥船总长160.2 m、型宽27 m,配备2台额定功率为735 kW的电机,驱动侧推螺旋桨,艏艉侧推器电源由左右轴带发电机分别供电。该船在某港口施工期间因右     

近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析

对船舶在近岸环境下航行时侧推器的水动力性能进行数值模拟研究。建立艏艉侧推器与船体的整体模型,利用基于RANS方程求解的粘性流数值方法,采用MRF模型,计算不同航速下艏艉侧推器的性能参数、侧推器附近流场,以及船舶在近岸航行时的横向力与艏摇力矩。结果表明,近岸航行时侧推器的实际效能会因船速的变化而变化,船速的不断增加会使船舶与岸壁之间的吸引力超过侧推器的推力,从而导致碰撞。     

船舶艏侧推器推力减缩试验与数值计算研究

论文以艏侧推桨为研究对象,用研制的专用动力仪在循环水槽中对艏侧推器螺旋桨进行了敞水试验和带船模艏侧推器的水动力性能试验。采用有限体积法,通过求解非定常RANS方程对艏侧推器螺旋桨敞水以及艏侧推器槽道流场进行了数值模拟,得到了螺旋桨的敞水性征曲线和船舶不同迎流角下艏侧推器的推力系数。将艏侧推器螺旋桨敞水性征曲线以及艏侧推器推力系数结果与试验结果对比,对比结果表明数值模拟能够较好地计算艏侧推器的水动力性能。由于康达效应和桨之间干扰的存在,艏侧推器存在推力减缩,某些流向角下艏侧推器的推力减缩幅度超过20%;此外,数值模拟也给出了康达效应的流场细节。论文结论可作为艏侧推器设计的重要参考基础,对指导工程实践具有重要参考价值。     

无轴轮缘侧推器水动力特性及影响因素分析

为了揭示船舶无轴轮缘侧推器的水动力性能,分析侧推器结构参数的影响规律,采用计算流体力学的方法对无轴侧推器进行数值计算,研究船首位置的无轴侧推器水动力性能、周围流场的分布规律及其水动力性能变化的影响参数,获得不同螺距比、盘面比及毂径比对无轴侧推器水动力特性的影响规律。结果表明：随着流速增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数均增大;螺距比在0.7～1.2范围内,螺距比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数同时增大,推力系数比扭矩系数变化速率快;盘面比在0.3～0.9范围内,盘面比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数有所增加,但增加幅度较小,推力系数增长幅度在5%左右,扭矩系数变化幅度小于2.5%,毂径比对无轴侧推器水动力性能影响较弱。     

螺旋桨低频流噪声模拟方法研究

针对DTMB P4119螺旋桨在进速比为0.833时的流噪声进行研究,探讨螺旋桨低频流噪声数值模拟方法。首先采用大涡模拟方法模拟螺旋桨的非稳态流场,然后求解K-FWH方程预测低频流噪声。将计算得到的推力系数和扭矩系数与实验值比较,验证流场模拟的正确性。从流场仿真结果可以看出,螺旋桨表面存在连续的涡脱落现象。声场计算的结果表明:离散噪声远大于宽带噪声;宽带噪声主要由螺旋桨表面的涡脱落引起,宽带噪声引起螺旋桨近场总声压级的周向波动;在同一半径处总声压级沿轴向逐渐减小,在同一平面内总声压级沿径向先增加后减小。     

关于侧推器效能的实验研究

对艏侧推器的效能已经作过许多理论和实验的研究。众所周知的是船的进速对艏侧推器的效能影响很大,即由艏侧推器所产生的作用在船体上的各种流体动力明显地随着船的进速的增加而减小。另一方面,人们对船的进速、水深等因素对艉侧推器的效能所造成的影响还不大了解。因此,作者利用船模试验进行了这些研究。结果阐明了船的进速对艉侧推器效能也有重要的影响,但它十分不同于船的进速对艏侧推器的情况。即使在深水中,由艉侧推器工作而产生的各种流体动力并不象艏侧推器情况中下降得那么多。特别应注意的是在浅水中,艉侧推器所造成的横向力随船速之增加而增加,它达到船速为零时的数值的数倍。作者在本文中尝试通过在艉侧推器和带襟翼的喷射翼之间所建立的一个模拟模型来解释此种横向力增加的现象。     

侧推器的初步设计

本文介绍了侧推孔低阻孔口的设计，阐述了侧推器的水外部特性、射流与船体的相互作用，分析了零航速时侧推器推力、功率与船体回转角速度的关系；对航速侧推力下降的现象作了分析并推荐两种方法改善上述现象。     

基于URANS模型的槽道侧推器水动力性能数值计算方法

对于侧推器的研究常采用模型试验和公式推导的方法,这些方法对于侧推器的设计研究成本较高,且无法获得槽道内的精细流场。在CFD计算中,采用MRF方法计算误差较大,为此,对照1308和1308-B槽道侧推器试验,采用全流域结构网格的URANS模型对试验进行了仿真计算,探究了边界条件、计算域、结构网格密度和时间步长对计算结果的影响,并最终确定一套计算方法对试验结果进行了验证,发现数值计算结果与试验的吻合度较高。误差在6%以内。在此基础上对不同叶片数的1308和1308-B槽道侧推器不同螺距比下的水动力和流场特性做了计算分析。     

6500DWT成品油船侧推器选型要点

通过对本船侧推器与船舵桨的匹配优化分析，寻求侧推器容量估算的基本方法，为相类似船的侧推器选型和计算积累经验或提供借鉴。     

水下潜器首部声基阵区流噪声研究方法

水下潜器在航行过程中,主要使用声呐来探测敌方舰艇以及自身位置.主声呐一般安放在潜艇首部位置,可分为主动声呐与被动声呐.在探测目标时,噪声是2种声呐系统都必须克服的干扰因素.针对自噪声中的流噪声,首先使用LES模型对水下潜器的外流场进行仿真计算.在获得流场中的脉动压力分布后,将其导入基于Lighthill声类比理论的声学软件ACTRAN中进行声场仿真计算,实现了对水下潜器首部声基阵区流噪声的数值预报.研究了航速、共形阵的安装位置和基阵单元安装面形状对声基阵区流噪声传播的影响.结果表明:航速越大,流噪声越大;增大声呐安装面与导流罩的距离以及使用较光滑的安装面,可以减小声基阵区流噪声的大小.     

水下潜器首部声基阵区流噪声研究方法

水下潜器在航行过程中,主要使用声呐来探测敌方舰艇以及自身位置。主声呐一般安放在潜艇首部位置,可分为主动声呐与被动声呐。在探测目标时,噪声是2种声呐系统都必须克服的干扰因素。针对自噪声中的流噪声,首先使用LES模型对水下潜器的外流场进行仿真计算。在获得流场中的脉动压力分布后,将其导入基于Lighthill声类比理论的声学软件ACTRAN中进行声场仿真计算,实现了对水下潜器首部声基阵区流噪声的数值预报。研究了航速、共形阵的安装位置和基阵单元安装面形状对声基阵区流噪声传播的影响。结果表明:航速越大,流噪声越大;增大声呐安装面与导流罩的距离以及使用较光滑的安装面,可以减小声基阵区流噪声的大小。     

基于振动测量的船舶首侧推振动特征及原因分析

为分析某船首侧推振动强烈原因,采用正负螺距交替增加方案,在锚泊状态下测量首侧推的振动数据。振动速度随着螺距角的增加而变大,当螺距小于70%时,振动速度在桨叶叶频处幅值最大,随着螺距继续增加,振动速度幅值转移至低于叶频区域。首侧推桨叶进流均匀度与桨叶空泡是引起振动的主要原因。因首侧推导臂增加了桨叶负螺距时进流的不均匀度,造成负螺距时振动强度大于正螺距;数值模拟结果显示,70%螺距时,桨叶叶梢区域存在明显空泡,随着螺距的增加,空泡逐渐向叶背区域扩展。根据振动测试分析结果,新设计船舶应优化设计进流条件,增加进流的均匀度。适当选取额定推力较大的侧推型号,以减小电机最大功率的桨叶螺距,降低空泡激励的振动。     

侧推器及拖缆绞进侧推器事故浅析

2006年1月28日0110时,“美总阿根廷”轮在“海港A号”、“海港B号”两艘拖轮的协助下离外高桥二期码头,驶往宁波。其中“海港A号”轮带一根拖缆在其船艏,“海港B号”轮带一根拖缆在其船艉。0115时“美总阿根廷”轮在基本完成掉头和离泊后,“海港A号”轮在执行引航员的解缆命令后,拖缆绞进“美总阿根廷”轮的艏侧推器。后“海港A号”轮被迫砍断绞进侧推器内的数米缆绳,方得以脱开,“美总阿根廷”轮也不得不进行了修理。1侧推器的应用船舶(尤其大型船舶)靠离码头、通过运河、水闸、狭窄航道以及进出拥挤的港口时,皆需低速航行,致使舵效下降…     

基于无限元方法预报非均匀流中螺旋桨的流噪声

为了系统地研究非均匀流场中螺旋桨流噪声的特点,采用CFD与声学无限元方法结合的方式,对螺旋桨的频域噪声进行数值预报。通过采用大涡模拟方法对非均匀流场中的螺旋桨水动力性能进行计算,然后运用ACTRAN软件的声学无限元方法,对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点进行频域分析。流场计算结果显示:非定常计算得到的螺旋桨水动力系数与试验值吻合良好,LES模拟得到的流场初值是可信的;通过分析噪声分布云图及特征点频谱曲线得出:非均匀流场中螺旋桨的辐射噪声主要集中在低频段,且该频段的噪声主要由偶极子组成,同时噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向声压级高于径向两侧,验证了计算结果的可靠性,为螺旋桨的水下噪声预报提供了一种新的方法。     

RANS,DES和LES对螺旋桨流噪声预报的适用性分析

[目的]为研究不同湍流模型在螺旋桨流噪声预报中的适用性,以DTMB 4119螺旋桨为研究对象,对非均匀进流条件下的频域噪声进行数值模拟。[方法]首先,采用RANS方法计算螺旋桨在不同进速下的水动力系数和桨叶表面压力分布,并将仿真值与试验值进行比较,验证流场模拟的准确性;然后,分别将RANS,DES和LES这3种方法得到的脉动压力作为声源,结合声学边界元预报辐射噪声。[结果]计算结果表明,线谱噪声是螺旋桨总噪声的主要贡献者;当预报一阶叶频上的噪声时,3种方法所得结果较为接近,可以采用RANS方法进行快速预报;当预报高阶叶频上的噪声时,采用LES方法预报的结果更加准确。[结论]在噪声预报时可以根据需求选择合适的湍流模拟方法。     

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。     

无轴轮缘推进器水动力性能分析及桨叶强度校核

基于CFD数值计算,计算了某无轴缘推进器轮缘内外表面,前后端面的摩擦扭矩值,并与经验公式值进行对比,结果表明,轮缘总摩擦扭矩与经验公式值误差在1.3%之内。通过采用相同的方法计算JD75+Ka4-70导管桨的水动力性能,并与实验值进行对比,验证了本文方法的正确性。在此基础上,通过单向流固耦合方法对桨叶的结构强度进行计算分析;并对原型桨的桨叶厚度分布进行了改变,分析桨叶厚度分布改变对无轴缘推进器水动力性能及桨叶强度的影响。结果表明：再设计桨的质量、推力、扭矩均有所下降,效率提高了2.1%。虽然桨叶最大变形量及最大等效应力均有所增加,但仍满足强度要求。在满足强度要求的条件下,可以通过有限元计算方法选择较为合适的桨叶厚度分布,提高无轴轮缘推进器的敞水效率。     

浅析艏艉侧推器的操纵性能

文中对侧推器的安装结构、组成和用途进行总体介绍,分析了侧推器在各种工况下的操纵性能,并归纳出使用侧推器时需要注意的操纵要点。关于艏侧推器的研究已经非常详细,并且有大量的相关论文,而艉侧推器的相关研究非常少,本文对艉侧推器也进行了分析,并且指出艏、艉侧推器在各个工况下操纵性能的异同。     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析（英文）

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 k Hz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。