表面桨产生垂向力的原因初析

表面桨又称割划水面的桨,也称半潜桨.由于表面桨一般在斜向流中工作,且存在桨叶出入水面,所以表面桨在工作时会产生垂向力.从原理上对表面桨垂向力产生的原因做了初步分析,为对表面桨的进一步研究提供参考.     

浅析表面桨垂向力对滑行艇水动力性能的影响

由于表面桨交替工作于水和空气两种不同的流体介质中会产生很大的垂向力，因而会对滑行艇的水动力性能带来不可忽视的影响。定性来讲，表面桨垂向力会使艇的阻力增加而纵向稳定性提高，但受试验条件的限制，模型试验无法模拟这种垂向力作用。从设计实践的角度分析了表面桨垂向力产生的原因，并指出了可将其影响换算成艇的重心前移来衡量滑行艇阻力及纵向稳定性的变化，为预报采用表面桨推进装置的滑行艇的水动力性能提供了一种实用的方法。该方法的局限性在于，精确计算垂向力大小需依赖表面桨垂向力图谱，而通常情况下，成系列的图谱作为技术机密是不易获得的，只能通过手头有限的资料或经验进行近似估算，但在缺乏模型试验验证手段的情况下，该方法对快艇设计者还是具有很强的指导意义的。     

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同.当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难.本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究.结果表明四桨船內桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成.据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计.     

表面桨实用设计方法

为使表面桨设计更为简便,利用rose的表面桨系列模型试验图谱,采用型船的试航数据分析出的推力修正系数和效率修正系数,考虑表面桨垂向力对艇阻力的影响,给出型船修正系数的求取方法以及表面桨要素优化和航速预报的方法。通过10.3 m无人艇设计实例与实艇试航,预报值与实测值吻合较好,证明该方法计算精度较高且计算简单。     

螺旋桨诱导船体表面脉动压力预报的试验研究

研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报值随空气含量变化的规律及螺旋桨模型空泡形态随含气量变化的规律,并与实桨空泡对比分析;探索了脉动压力试验预报与实桨测量值最接近的空气含量控制准则;比较了螺旋桨模型在船模伴流场和修正后的伴流场中工作时,螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报值及螺旋桨模型空泡形态,与实船测量观察结果进行对比,并就伴流场修正对螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报的影响作了探讨;研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报值随桨模试验转速变化的规律。     

伴流补偿导管,舵球与节能研究

本文着重介绍了作者近几年来在水动力附加节能装置方面的研究成果，特别对伴流补偿导管及舵球的节能技术和机理作了进一步的探讨，提出伴流补偿导管的纵向安装位置有时是能否取得节能效果的关键参数、指出了舵球节能效果最佳垂出安装位置并不一定在桨轴中心线上的观点，这对进一步开展水动力附加节能装置的研究有一定的参考意义。     

船尾桨前垂向整流鳍的减振机理研究及其应用

文章认为在船尾型线设计中若不考虑横剖线的UV度、各水线去流角大小等对船体振动的不利影响,很可能会导致艉部水流异常;螺旋桨盘面处非定常及分布不均匀的艉流将直接导致船体剧烈振动.针对发生了该类有害振动的船舶,介绍一种安装于船尾的垂向整流鳍.通过引用水动力不平衡导致螺旋桨激振力产生的基本原理,探讨垂向整流鳍整流使螺旋桨盘面处原艉流场发生有利改变的实质,揭示船尾桨前垂向整流鳍的减振机理.以实例说明该整流鳍在消除该类振动方面的突出效果.     

带有垂推副桨的自主式水下航行器操纵性仿真

提出了在航行器上添加垂推副桨的方法,从而在不减弱航行器稳定性的基础上,提高航行器在纵平面的机动性.在分析添加垂推副桨后航行器的运动学及动力学的基础上,建立了航行器具有垂推副桨时的数学模型,以仿真实例验证了其可行性.     

基于内河运输船的新型全回转舵桨设计研究

国内设备制造厂在舵桨的设计过程中,多数采用传统的设计方法,但是在装船运行的过程中常会出现螺旋桨过重、振动过大、航速低于设计要求等情况。文中针对传统舵桨所产生的这类问题,提出了进行适伴流全回转舵桨的设计概念。针对公司的内河运输船项目进行了新型全回转舵桨的设计。通过试航试验,新型全回转舵桨在综合性能上比传统舵桨有较大幅度的改善,并对我国船用推进器的发展具有积极意义。     

无键螺旋桨液压安装的初始点

一绪言近年来,国内外新造船舶的螺旋桨几乎均采用无键液压联接方法,这种方法不但提高了螺旋桨的拆装工作效率,而且又可避免:(1)有键联接螺旋桨,因摩擦腐蚀在螺旋桨轴锥体大端的表面上产生发裂现象;(2)键槽周边发生挤碎和裂纹等缺陷;(3)高强度黄铜螺旋桨因对桨毂加热进行拆卸时,桨毂内部将产生较大的残余应力,故易在桨毂表面上出现应力腐蚀裂纹现象。由于无键螺旋桨液压安装在螺旋桨轴上时,其固定配合部位应具有足够的强度,以承受被传递的扭矩,为此,螺旋桨桨毂锥孔表面和螺旋桨轴锥体表面的机械加工要求较高,同时在套合前应用蓝油检查螺旋桨毂孔和螺旋桨轴锥体的配合情况,     

非均匀流场中螺旋桨线谱噪声指向性分析

为了对非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的指向性特征进行分析,在Ffowcs William-Hawkings方程的基础上,建立了非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报理论,该理论可对声源在真实桨叶表面进行积分。讨论了螺旋桨叶数、来流谐波阶数以及叶片表面力对线谱噪声指向性的影响。结果表明,特征耦合系数是线谱噪声指向性分布形态的决定因素,并且当特征耦合系数等于零时,辐射噪声主要由轴向力和主要谐波所贡献;当特征耦合系数不为零时,轴向力和主要谐波的贡献只集中于桨轴方向,而桨盘面处的噪声贡献则来源于周向力和与叶片数目相等的谐波。     

不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性.试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能.     

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。     

Numerical analysis of the high skew propeller of an underwater vehicle

A numerical analysis based on the boundary element method (BEM) was presented for the hydrodynamic performance of a high skew propeller (HSP) which is employed by an underwater vehicle (UV). Since UVs operate at two different working conditions (surface and submerged conditions), the design of such a propeller is a cumbersome task. This is primarily due to the fact that the resistance forces as well as the vessel efficiency under these conditions are significantly different. Therefore, some factors are necessary for the design of the optimum propeller to utilize the power at the mentioned conditions. The design objectives of the optimum propeller are to obtain the highest possible thrust, minimum torque, and efficiency. In the current study, a 5-bladed HSP was chosen for running the UV. This propeller operated at the stern of the UV hull where the inflow velocity to the propeller was non-uniform. Some parameters of the propeller were predicted based on the UV geometrical hull and operating conditions. The computed results include the pressure distribution and the hydrodynamic characteristics of the HSP in open water conditions, and comparison of these results with those of the experimental data indicates good agreement. The propeller efficiency for both submerged and surface conditions was found to be 67% and 64%, respectively, which compared to conventional propellers is a significantly higher efficiency.     

螺旋桨立式预装方法及工艺研究

船舶螺旋桨在上船安装前,其锥孔与艉轴锥体的配合需经钳工内场研配,为了检查螺旋桨锥孔与艉轴锥体配合的紧密性以及着色研配的接触面达到70％以上等技术要求,需在内场对研配好的螺旋桨与艉轴进行内场预装,文章详细介绍了螺旋桨立式预装方法,并在此基础上制定了螺旋桨立式预装工艺。     

Underwater acoustic field and pressure fluctuation on ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation

The main objective of this paper is to develop an efficient numerical method which can predict the underwater acoustic field and pressure fluctuation on a ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation by linear acoustic theory. In addition, the noise scattered from the ship hull and reflected from the free surface are included. Concerning the computation of the acoustic field induced by unsteady sheet cavitation and forces of a marine propeller, a method is derived without making any approximation about the distance function between the noise source and field point. Thus, this method can be used to predict acoustic pressure at both far and near fields, and this is very important for the scattering problem because the ship hull is located very close to the propeller. For the computation of the scattering problem, a more efficient and robust method is derived in time domain, which can treat multi-frequency waves scattered from underwater obstacles. The acoustic fields of a container ship radiated by the propeller and scattered from the ship hull with free surface is investigated in this paper. The pressure fluctuations of low blade rate on the ship hull induced by the propeller are also computed by the present method and are found to be similar to the results obtained by a panel method satisfying the Laplace equation for the points near the propeller due to the small retarding time. However, for the points on the ship hull away from the propeller, the differences of the results between two methods will increase.     

螺旋桨水动力性能研究进展

升力面理论的应用日趋完善,面元法和N-S方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流,特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD方法。虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性,但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展,为螺旋桨相关研究提供参考。     

VLCC大侧斜螺旋桨设计可行性研究

本文阐述了大侧斜螺旋桨设计软件包的功能及其使用特点。设计软件包括升力线和升力面设计程序，并能自动生成桨的三投影图和标准尺寸。通过对４艘大型船舶６个大仙斜桨的模型试验，证实了设计方法是可信的，程序包是有效的。为与常规的图谱设计方法进行比较，对其中两艘船按桢的条件各设计了一个ＭＡＵ桨，并加工了桨模。在大型空不筒中用假尾模拟伴流场后对７个桨模作了脉动压力测量。试验结果表明，大侧斜桨与常规桨相比，脉动压力     

冰阻塞参数对螺旋桨水动力性能影响试验研究

针对冰水混合环境下冰阻塞逼近效应对螺旋桨水动力性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞条件下的螺旋桨模型水动力性能试验,测试了冰桨轴向、垂向间距等冰阻塞参数对不同运行工况的螺旋桨模型水动力性能影响。试验结果表明,冰阻塞物一方面改变流场特征直接影响螺旋桨模型推力和扭矩,另一方面改变桨叶的空泡特性进而影响水动力性能。在无空化状态,随着垂向和轴向阻塞逼近程度的加深,在冰阻塞环境螺旋桨模型推力系数相比于均流可产生40%和20%的增加;而在桨叶严重空泡的重载状态,螺旋桨水动力随冰桨间距的变化不明显,桨叶的空泡效应减缓了冰阻塞效应的影响程度。     

Circular motion tests and uncertainty analysis for ship maneuverability

Circular motion test data and uncertainty analysis results of investigations of the hydrodynamic characteristics of ship maneuvering are presented. The model ships used were a container ship and two tankers, and the measured items were the surge and sway forces, yaw moment, propeller thrust, rudder normal and tangential forces, pitch and roll angles, and heave. The test parameters were the oblique angle and yaw rate for the conditions of a hull with a rudder and propeller in which the rudder angle was set to zero and the propeller speed was set to the model self-propulsion conditions. Carriage data showing the accuracy of the towing conditions in the circular motion test are also presented. It was confirmed that the uncertainties in the hydrodynamic forces such as the surge and sway forces, yaw moment, rudder tangential and normal forces, and propeller thrust were fairly small. The reported uncertainty analysis results of the circular motion test data may be beneficial in validating data quality and in discussing reliability for simulation of ship maneuvering performance.