螺旋桨强度计算公式

根据理論分析法,結合經驗数据,分别推导出按拉应力或压应力的机翼型、弓型螺旋桨各强度校核公式与計算叶根处厚度公式。在推导过程中,推力分布与轉力分布系按理論計算而得,并把sinθ与cosθ轉化为H/D之函数。在轉力化为推力时引进了δ_η值,該值系按楚思德图譜而得并与H/D有关。然后将所有与H/D有关之函数加以归結,使推力矩及轉力矩产生之应力表达为十分簡便之形式DPK_1/Zbe~2cos~2ε其中K_1就是所有H/D之妇結。在推导离心力及离心力矩产生之应力时,系假定叶之伸張輪廓为椭圆形,其长軸等于螺旋桨之半徑,短軸为伸張叶之最大寬度,一般商船与軍舰螺旋桨皆大致如是,为专供計算离心力之用特假定叶面为一直线,叶背为拋物綫,叶边具相当厚度,等于叶梢厚度et,而該截面面积稍稍大于弦长及厚度相同之弓形截面,而略小于普通机翼型截面,但其差别有限。在計算离心力之矩臂时若接精确計算,則十分麻煩难于处置,因此系按作图方法求离心力之矩臂基础上进行推导,經过上述假定与分析可以写出近似公式如下:K_z_(?)+K_z_s=C_oω(A/A_d)(N~2D~3/Zb)[K_o+K_2]在推导厚度公式过程中,以D/e=26来处理而D/e这一因素仅考虑离心力矩所引起之应力方被引进。而离心力矩所引起之应力仅占总应力之小郭分,并且一般螺旋桨D/e=22～30左右,因此无疑D/e=26来处理对准确度影响甚微。当螺旋桨无后傾角时离心力部分引起之应力甚小,只有轉速在800轉/分附近时予以考虑。故可以写成更簡便之公式。弓形螺旋桨推导过程,与机翼型相若,最后可以相信不同截面形状之螺旋桨可写成如下表达形式: 1.校核公式:[σ]≥(DPK_1/Zbe~2cos~2)ε+C_oω(A/A_d)(N~2D~3/zb)[K)o+K_2) 2.e_(0.2)R的近似表达式(D/e=26轉化): 与J.A.罗姆逊(Romsom)公式,挪威船级社(Det Norske Veritas)算式,苏联巴甫米尔方法比較之后不难发現,罗姆遜公式不能直接求出叶接处之厚度,在强度校核中若发现材料应力不足时需反复計算。挪威船級社算式,不适用于压应力,也不适用于弓型截面螺旋桨,簡化过程比較粗糙。巴甫米尔方法計算过于麻煩,玥提出新的公式計算比較簡便,合理性也有所提高。     

直翼推进器的性能分析及其理論

本文簡要地介紹了直翼推进器的作用原理,与其他船用推进装置的性能作了比較,并分析了直翼推进器对船舶操纵性、稳定性的影响,指出了在經常改变航行条件的船舶上使用直翼推进器的优缺点。文中指出直翼推进器的直翼处于非定常运动状态,利用静定假設計算直翼,理論数据的誤差很大,推力及效率值均偏高。作者利用机翼周期性振动的理論及試驗结果推导了計算直翼推进器性能的理論公式,并論证了直翼推进器横向移动时引起与移动方向相反的力的現象,即当直翼推进器来流有偏斜时,出現垂直于推力方向的横向力。     

滑行板的纵摇与升沉运动

滑行艇在海浪中运动时,会产生搖摆。哈斯金德用复变函数理論讨論了微弯滑行板的非定常运动,获得了計算水动力的一般公式。本文用另一种方法考虑这个問題,并計算了滑行板面上水动力的压力分佈。文中首先研究了液面上脉动点压δ(x)cos(ωt+ε)的解,求出了它的法向誘导速度v(x,t;U,ω,ε),分β<14和β>1/4两种情形得到其表达式,然后以一未知的压力分佈代替滑行板,求出該分佈压力系的誘导速度。令板面处的法向誘导速度与滑行板由纵搖和升沉运动所产生的法向速度相等,便得到求解未知压力分佈的积分方程式。文中討論了用福里哀级数表示未知压力分佈的函数,并把积分方程的求解問題变成一无穷线性代数方程组的求解問題,又进一步論述了該代数方程組的可解性条件。文中求出了升沉力和纵搖力矩的表达公式。最后,取压力分佈函数的前六項福里哀級数項,对一个具体数值例子进行了計算,求得了滑行板面上的压力分佈。     

基于CFD方法分析端板对摆线推进器性能的影响

文章基于FLUENT求解器,对摆线推进器叶稍末端加装端板前后水动力性能变化进行研究。根据摆线推进器工作中的旋转规律,编写相应UDF控制程序,运用滑移网格技术进行数值模拟。采用结构网格与非结构网格相结合的方式对模型进行计算,分析水动力性能及叶稍涡的变化。计算结果表明,摆线推进器加装端板较未加前的水动力性能更优、叶稍涡强度得到减弱和转矩振荡系数减小。因此在摆线推进器叶片末端加装端板,可提高推进器性能,工作更具安全、稳定性。     

摆线推进器水动力特性三维模拟

摆线推进器在旋转过程中，叶片的迎流角实时变化以产生推力。文章将使用FLUENT软件，研究摆线推进器在不同工作参数下的水动力性能。根据摆线推进器的运动规律，编写相应的用户自定义函数（User Defined Function, UDF）控制叶片做摆线运动。在仿真中使用非结构网格、滑移网格方法来分析推进器叶片在不同转轴比、进速系数、转速以及偏心点时对摆线推进器水动力性能的影响。研究结果表明，在50%左右的转轴比、中高进速、较低转速以及小偏心点时，推进器的水动力参数波动较小，有助于维持推力以及叶片稳定性。     

用镍合金钢铸造的推进器

内河船只的推进器时常因为碰到河底的障碍物,而遭受损伤,甚至断裂。因此,选择材料时,必须在符合经济的原则下,同时考虑强度与靸性二者有很好的配合,并且要能用电焊修補,一般这一类推进器最大重量约2吨半。直径最大构10呎。会有内河拖输的五叶推进器採用镍合金铸钢,航行结果成绩很好,其成分及物理性质大致如下:     

泵喷推进器在敞水与艇后的激励力计算分析

分别建立某型号泵喷推进器与SUBOFF潜艇模型,基于雷诺平均数值方法及快速傅里叶变换方法,计算潜艇-泵喷推进器耦合模型压强分布并对比不同来流状态下叶片激励力,计算结果表明,相比敞水状态,艇后不均匀来流增强定子叶片与转子叶片干涉作用,从而显著增加定子叶片和转子叶片激励力,说明在泵喷推进器设计时需要考虑定子叶片和转子叶片动静干涉对叶频激励力的影响,有必要将定子叶片与转子叶片作为整体进行匹配设计。     

侧向推进器水动力性能数值分析与验证

为研究侧向推进器的水动力性能,采用CFD方法以四叶Ka型螺旋桨侧向推进器模型实验为依据进行了仿真验证,结果吻合度高。在此基础上,模拟和分析零航速时不同螺距比、盘面比、通道长度和船艏两侧倾斜角度对侧向推进器流场和水动力性能的影响。结果表明:侧推器通道长度对侧推器效率影响较大,在2D时,效率最高;侧推器进出口处两侧倾斜角度对性能也有影响,船艏水线与侧推器轴线的夹角大则效率高。另外,研究了有航速时,首侧推器受航速影响的规律并分析了侧推器失效的原理。     

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。     

双向应力场中表面裂纹应力强度因子的权函数法

半椭圆表面裂纹是船舶等焊接结构中常见的损伤形式,计算裂纹尖端应力强度因子是结构损伤容限设计的前提,权函数法是求解复杂应力场中应力强度因子的有效手段之一。本文基于一种集中力载荷权函数统一形式,通过三维有限元建模计算了裂纹半长比a/c=0.05~1.0、裂纹深度比a/T=0.01~0.8的表面裂纹应力强度因子,并将其作为参考解,得到一组形状适用范围更广的有限厚度平板表面裂纹最深点和表面点的二维权函数。权函数的准确性通过在裂纹面上施加最高六阶的双向变化应力载荷进行验证,权函数法结果与有限元法相比求解误差在10%以内。文中所提出的权函数为复杂焊接结构表面裂纹扩展分析奠定了基础。     

吊舱推进器及其螺旋桨的敞水性能估算

对影响吊舱推进器螺旋桨性能的因素进行了分析,提出应用常规螺旋桨图谱估算POD桨敞水特性曲线的方法,根据已知POD桨的敞水特性资料,通过保持盘面比不变改变螺距比迭代计算得到等效常规螺旋桨,根据得到的螺距比变化规律和常规桨图谱,设计POD桨和估算其敞水特性,并给出算例。     

铜基推进器材料的抗空泡腐蚀性

铜基合金中含有Mn,Al,Ni等元素,它的抗空蚀性能比较优越。其中尤以铝青铜更为突出。从推进器材料的抗空蚀性能要求,铜合金应具有α β相者比单一的α或β都好。作为良好的推进器材料还必须应有较高的耐疲劳强度和抗应力腐蚀性。因空蚀本身就是金属疲劳的后果同时观察许多折损推进器实例,应力腐蚀也是其重要原因之一。     

基于流固耦合的轮缘推进器水动力性能和强度校核分析

[目的]为了综合分析轮缘推进器的整体水动力性能和强度性能,提出采用基于流固耦合的计算方法进行联立求解。[方法]首先,采用计算流体动力学(CFD)方法计算3种不同导流罩结构的轮缘推进器在不同进速下的推力、扭矩和效率等参数,分析3种结构的轮缘推进器的水动力性能计算结果,以确定最佳的导流罩结构型式;然后,通过联立求解,将CFD计算结果作为轮缘推进器强度校核的载荷条件,计算其在实际工况下的等效应力。[结果]计算结果表明:导流罩对轮缘推进器水动力性能的影响非常大,即使采用相同的螺旋桨模型,不同的导流罩结构也将直接影响整个推进器的推力和效率;对于配置最佳导流罩结构型式的轮缘推进器,螺旋桨在设计航速下的最大等效应力为许用值的68.16%,可以满足设计工况条件下的强度要求。[结论]流固耦合计算方法适用于轮缘推进器的水动力性能和强度校核的有效分析。     

泵喷水推进器分析与设计改进

通过CFD仿真技术获取了某快艇原载轴流式泵喷水推进器的性能,并通过经典计算发现原载轴流式喷水推进器的额定流量与快艇阻力特性不匹配,且其扬程远远低于期望值。新的泵喷水推进器主要从两个方面进行了改进：一是通过调整喷嘴出口口径使泵喷水推进器在最优效率点运行时正好符合快艇的阻力特性;二是提高泵喷水推进器的扬程使其满足能量平衡的需求。根据确定的参数设计了新的斜流式泵喷水推进器。通过CFD仿真表明斜流式泵喷水推进器达到了设计指标。试水试验表明配备新的泵喷水推进器后快艇达到了期望的要求。     

大型起重船高应力区推进器加强结构要点

文章以振华重工建造的4,400t起重铺管船和4,500t起重船为实例。结合4,400t起重铺管船项目建造过程中出现的起重工况下推进器对中精度超差问题,分析了起重机基座及加强高应力区结构弹性变形对推进器安装精度的影响,通过优化结构加强型式,成功解决超差问题,并为后续同类型项目提供了借鉴和参考。后期建造的4,500t起重船,从方案设计阶段开始考虑此风险,通过优化推进器选型和结构设计,从设计源头上规避该问题。     

全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文中提出了桨叶固液交界面上水动力载荷的转换方法,详细研究了插值加权系数和有限元网格尺寸对桨叶结构强度计算精度的影响规律,给出了适用于桨叶强度评估的插值加权系数和单元网格尺寸选取原则。最后,该文以5000 kW级全回转推进器螺旋桨为例,开展了桨叶结构强度数值计算和安全评估,获得了桨叶的应力和变形分布规律,整体上建立了全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法,可为大功率全回转推进器螺旋桨设计提供借鉴和参考。     

喷水推进器水动力性能分析与优化设计研究

针对国内某喷水推进游艇进水流道和导叶叶片水动力性能不理想的问题,应用优化设计和计算流体方法对其进行改进。为满足数值计算所需要的船底边界层对进水流道和喷泵的影响,界定喷水推进器流场控制体,联合采用四面体非结构化网格和六面体结构化网格对所有区域进行离散,选择剪切应力输运湍流模型,采用稳态多参考系方法计算求解系统流场。将喷泵、进水流道、格栅和船底组合一起并通过壁面积分法计算在70~90 km/h航速时产生的有效推力。结果表明,导叶叶片和进水流道通过优化设计后,喷水推进器的推力效率提高,产生的推力明显大于原设计。     

单点系泊系统立管应力长期预报

本文根据波高和周期的联合概率分布建立两参数波谱族(P-M波谱族),通过水弹性方法求得应力传递函数,把波谱族转换为应力谱族,应用长期预报理论作出立管在整个使用期内极值应力的长期预报。作者编制了程序,给出了算例。计算表明,南海SALS立管当取a=0.01时,20年的预报应力为170MPa, 比确定性方法的计算应力低7％。     

全回转推进器万向联轴器布置的研究

为了解决全回转推进器中间轴系布置万向联轴器时确定相关有利参数的问题,通过汇总柴油机驱动全回转推进器轴系布置的相关资料,根据万向联轴器布置的特点及要求分析了相关参数;然后转化为几何模型,进行数学分析,并以某港作拖船为研究对象进行实例计算;最后提出了万向联轴器布置设计流程图.该设计办法适用于设置万向联轴器的全回转推进器轴系,能够快速地找到较佳的万向联轴器布置方式.     

导管对泵喷推进器艇后推进特性的影响

为研究泵喷推进器的艇后推进特性及导管主要参数对推进特性的影响,给出基于推进效率和推进器功率的导管主要参数选择范围,该文通过改进的延迟脱体涡模拟（improved delayed detached eddy simulation, IDDES）方法求解艇后泵喷推进器在不同航速、转速和导管主要参数下的流场,研究了不同航速和不同导管主要参数下的泵喷推进性能和自航因子,其中导管主要参数包括倾角、轴向长度、最大厚度、进口直径和出口直径。结果显示：除导管最大厚度外,导管的倾角、轴向长度、进出口直径对自航因子及推进器功率有较明显影响,倾角和出口直径的变化会显著改变推进器流量,进而影响功率和推进效率。结论表明：选择艇用泵喷推进器导管主要参数时,除了取值要在合理范围,倾角和出口直径还要根据艇体尾段的线型和角度来优化取最佳值。