螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.     

重负荷导管舵桨空泡性能研究

该文以兼顾系柱大推力和航行速度为设计目标的推式导管舵桨为研究对象,采用RANS方法中的SST k-ω模型,选择Schnerr-Sauer空泡模式,考察航行和系柱工况下的空泡数值模拟结果,并与模型试验结果相比,得到的空泡形态大致与试验结果相符合,能够很好地捕捉到叶背片空泡、叶面空泡、梢涡空泡、梢隙空泡。因为吊柱与导管、导管桨的距离较近,出现了连体涡空泡现象,文中进一步分析了吊柱-导管桨距离与连体涡强度的关系,提出抑制连体涡空泡产生的距离（即距离大于0.35D,可基本消除连体涡空泡）,对基于空泡性能的导管舵桨优化设计提供了重要支撑。     

对转式全回转舵桨的立柱优化分析

[目的]旨在研究立柱对对转式全回转舵桨敞水性能的影响。[方法]采用基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报,研究流场特性并监测后桨伴流,分析优化前后立柱尾部的流动分离现象。[结果]结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使得整个舵桨的敞水推进效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计且切面引入拱度的优化方案,使得敞水推进效率提高1.15%。另外,模型尺度的立柱尾部流动分离比实尺度的严重。[结论]研究表明,优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义。     

图谱设计在某近海船舵桨用导管螺旋桨的应用

应用图谱设计方法对某近海船舵桨用导管螺旋桨进行了设计,并进行了实船系柱推力性能预报.通过导管螺旋桨的敞水性能试验,得到了其敞水性能曲线,同时预报了该船在系柱状态下的实桨推力,最后与实船试航结果进行了对比,得出相关结论.     

半潜航行器纵平面流体动力数值计算与试验研究

半潜航行器因航行深度介于水面航行器和潜器之间而得名。为预报半潜航行器纵平面流体动力性能,开展数值仿真与风洞试验。研究航行器不同攻角、不同舵角下受力情况,计算速度系数、舵角系数以及耦合系数,并与风洞试验数据进行对比。针对耦合工况中舵效降低的情况进行了流场分析。仿真和试验结果表明：CFD仿真结果与试验结果吻合较好,具有较高预报精度;增加航行器攻角会影响前、后舵板贴体端稍涡的形成,迫使稍涡向上偏移,在吸力面形成一个直径与舵板弦长相当的涡。研究结论可指导航行器运动控制和前后舵布局优化。     

车客渡船全回转舵桨控制系统优化

为保证长江车客渡船航行的安全性和可靠性，避免车客渡船在江中碰撞、停泊、等待缓行让船等问题，以49 m车客渡船为研究对象，对全回转舵桨控制系统进行优化。该方案对控制系统的西门子S7-1200系列可编程序控制器输出模块的重要输出点进行冗余设计编程，故障发生后可输出自动切换并发出声光报警。改进后的全回转舵桨控制系统更加可靠，极大提高了船舶运营的安全性，实船验证效果良好并推广应用于新船建造。     

适用于Kappel桨的面元法尾涡模型

Kappel桨在梢部剧烈弯折,这样的几何结构能够抑制梢涡的形成,起到梢部加载的作用。为了模拟桨叶弯折后对整个桨叶受力分布的影响,本文通过CFD计算分析几何尺寸相似的弯折三维翼和平直三维翼的剖面环量分布,并以此为基础就面元法分析Kappel桨时的尾涡进行修正。利用修正尾涡模型的面元法计算Kappel桨的敞水性能,与未修改尾涡面的面元法计算结果作比较,并就面元法计算Kappel桨的Morino库塔条件和等压库塔条件进行相关说明。     

基于滑移网格与RNGκ-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究

结合RNGκ-ε湍流模型,运用滑移网格技术对粘性流场中桨舵相互干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了随进速系数的变化,桨舵之间相互干扰性能的变化规律;同时获得了桨舵干扰性能随桨舵之间的距离的改变而相应的变化规律.文中给出了桨舵干扰水动力性能的计算结果,并与试验测量值作了比较.从对计算结果的分析可知,利用滑移网格技术及RNG κ-ε湍流模型,可以较好地模拟桨舵干扰的水动力性能问题.同时文中分析了桨舵表面压强分布规律以及舵的存在对螺旋桨尾流场的影响.     

单手柄操纵全回转四舵桨遥控装置

本文涉及到一种特殊的船舶航行操纵装置。仅用一个手柄就能操纵一艘有4个舵桨的船舶航行。随机操纵方式选择,使一艘带有4个舵桨的船舶有尽可能多的舵桨组合形式,智能化地实行了船舶航行的全功能。     

对转桨定常面元法水动力性能预估

提供了一个计算对转桨的基于速度势的定常面元法,前桨和后桨之间的相互干扰是通过二者的诱导速度场周向平均化后迭代实施的.采用了一个简化的螺旋桨尾涡模型,来模拟前桨和后桨尾涡片的扭曲变形.算例计算结果表明,该方法可以有效地应用于对转桨定常水动力性能的预估.     

3000吨级江海直达集装箱船的开发研究

本文提出了3000吨级江海直达集装箱船的方案.该方案采用了先进的无舱口盖、长大舱口、球首双尾鳍船型、大直径桨、组合舵、尾机舱等多项技术措施,具有载箱量大、节能、经济效益好及优良的河海航行性能等特点.     

基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究

结合RNG k-ε湍流模型,运用滑移网格技术对粘性流场中桨舵相互干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了随进速系数的变化,桨舵之间相互干扰性能的变化规律;同时获得了桨舵干扰性能随桨舵之间的距离的改变而相应的变化规律。文中给出了桨舵干扰水动力性能的计算结果,并与试验测量值作了比较。从对计算结果的分析可知,利用滑移网格技术及RNG k-ε湍流模型,可以较好地模拟桨舵干扰的水动力性能问题。同时文中分析了桨舵表面压强分布规律以及舵的存在对螺旋桨尾流场的影响。     

扭曲舵空泡观测实船试验研究

为验证扭曲舵的抗空化效果,在前期完成扭曲舵设计及实船换装工作的基础上,首次在国内开展了扭曲舵和普通舵的空化实船观测对比试验,对两种舵在设计航速和最大航速下固定舵角工况和直航自动舵工况的空泡进行了比较.结果表明:在相同航速工况下,扭曲舵的舵面空化起始舵角可提高10°左右,可以消除舰船常用航行状态下舵面的空化问题;在高航速大舵角工况时,扭曲舵的空化面积远小于常规舵;在扭曲舵优化的基础上,防腐蚀电极新型安装结构和舵下端导流罩可以有效解决防腐蚀电极和舵下端面的空化问题.通过扭曲舵空泡观测实船试验,证明了扭曲舵具有良好的抗空化性能,为抑制水面舰船舵空化剥蚀、降低船尾振动噪声提供了有效途径,具有优良的应用前景.     

螺旋桨性能预估的非线性涡格法

本文提供了一个计算螺旋桨水动力性能的非定常非线性涡格法(UNVLM)。该方法中,螺旋桨尾涡形状预先是未知的,而是作为解的一部分由尾涡泄出和卷曲的时间历程来确定。文章通过常规桨DTNSRDC-4118和大侧斜桨DTNSRDC-4383的敞水性能计算,了解了考虑梢部分离对计算结果的影响。与现有的实验数据比较表明,本方法所得的结果是令人满意的。计算结果还清楚地展示了螺旋桨尾涡的变形动态以及稳定后尾涡片的几何形状,这对加深理解和进一步研究螺旋桨尾涡结构有重要的实际意义。     

舰舵位布置与操纵性试验研究

舵的横向、纵向、重向位置变化及舵距舰尾板的距离对舵的空泡，舵效及操纵性有什么影响？本文通过桨舵配合水筒试验、自航模试验、约束模试验及实船试验作了详细对比分析研究。     

舵前进流的选择对桨舵系统性能的影响

为了验证舵前进流的选择对桨-舵系统定常性能的影响,计算了三种舵前进流下的桨-舵系统性能,结果表明,不同进流状态对桨-舵系统性能预报结果十分接近。文中还验证了舵面上诱导速度不取周向平均时对桨-舵定常性能的影响,并对这样计算的诱导速度峰值使用Lagrange插值处理。与试验值比较表明,在计算桨-舵定常性能时,以此方式来计算舵上诱导速度也有效。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究（英文）

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数(安装位置、展弦比和安装角),使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

53000t散货船节能优化的改造技术研究

为有效提升53000 t散货船的能效水平,降低运营碳强度,通过建立对船+桨前节能装置+高效桨+舵整体系统相互干扰的流场、阻力和自航性能预报的CFD技术体系,对原船螺旋桨进行优化设计,并开发出与新设计桨相互匹配的前置伴流导轮和消涡鳍2个附体节能装置,分别起到改善螺旋桨进流及消除螺旋桨尾部毂涡的作用.船模试验表明:通过本次...     

进江船型半悬挂舵升力性能优化

针对进江船型操纵性要求较高而半悬挂舵升力性能较低的问题,基于CFD方法,采用翼型优化设计、制流板优化设计、随边直尾化设计3种技术措施对一型“曼谷型”集装箱船的半悬挂舵进行升力性能优化。对比升力系数和阻力系数计算结果;考察舵面流动和端部流动,分析增升原因;结合阻力因素考虑,确定实船应用的优化舵系方案。结果表明：3种技术措施均可有效提高半悬挂舵的升力性能。通过对比原船型和目标船型的操纵性试验结果,验证了实船应用的优化舵系对于改善目标船型操纵性的作用。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。