十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点。在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵。本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵。     

船舶操纵回转特性的多目标优化设计应用

定常回转直径作为衡量船舶操纵性的一个指标受到人们的普遍重视。为提高船舶的回转性能,基于船舶四自由度的操纵性方程,分析船舶回转直径和回转横倾,讨论影响回转性能的舵型因素,并将其作为优化设计变量,利用Isight优化设计平台,采用遗传算法进行舵型参数的优化设计。通过选取某高速船作为优化对象,利用该方法进行舵型优化后,回转直径及回转横倾都减小。表明借助Isight的优化功能可以实现船舶操纵性能的优化。     

导管舵性能分析与舵力计算

导管舵能为船舶提供良好的回转性,被广泛应用于对操纵性要求高的船舶或者舵系布置空间紧张的船舶,然而其舵力计算有别于常规舵。采用Fluent软件分析了导管舵的敞水性能,求出其升力系数曲线和力矩系数曲线并分析其表面压力分布特点。考虑船体伴流和螺旋桨尾流的影响,进行了导管舵的舵力和舵机扭矩计算,为舵的设计奠定基础。基于CFD软件和理想推进器理论求舵力的方法可为非常规舵的设计提供参考。     

船体与舵相互作用的计算研究

精确估算作用于船体上的流体动力，分析船体与螺旋浆和舵之间的相互作用，均是建立船舶操纵性数字模型所必需的。将船舶研究开发的纳维尔－斯托克斯海王星程序，扩展应用到计算操纵性能中船秘舵周围的水动力上。通过计算值与测试值的比较，概要介绍了数值法。由于船体与舵之间的流体动力及相互作用，二者在模拟与测试结果方面非常一致，因而证明本方法可以运用于实际设计。     

转柱舵在实船上的应用

本文介绍了装有转柱舵的船模和实船的操纵性试验,分析了回转、Z形操舵、倒航和停船的试验结果,并与流线型舵进行了比较,阐述了转柱舵良好的操船效果,尤其是倒航和停船时转柱舵对船舶仍具有操纵能力,这是流线型舵所无法相媲的。文中还对转柱舵在实船上应用中如何选择转柱舵的最佳参数、转柱驱动系统和控制系统的方案提出了建议,给出了确定转柱舵水动力和转柱扭矩的数学表达式,可供设计使用。     

一种实用的高性能对称翼型

舵的性能与船舶性能密切相关,高性能舵的应用对提升船舶操纵性和快速性有着重要意义。从效能、效率及空泡性能这3个方面对高性能舵的发展和技术现状进行综述,分析4种高效能技术、3种高效率技术、3种效能与效率综合优化技术以及3种抗空化技术的作用机理及其性能优缺点,提出针对不同船型特点的高性能舵设计方案。通过综述揭示：舵的效能和效率是相互制约的两个方面;对舵的效能和效率进行综合优化,已逐渐成为舵设计技术发展的重要方向;高航速船舶应关注压力分布、端部分离和间隙流动对舵空泡性能的影响。基于研究现状提出了高性能舵未来发展的技术趋势。对高性能舵技术的分析和展望可为未来高性能舵的开发设计提供思路和参考。     

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织（IMO）正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。     

单桨单舵和单桨双舵的自航模操纵性试验对比分析

本文介绍了某单桨艇为验证单舵和双舵两种舵方案的操纵性而进行的自航模操纵性试验,并对试验结果进行了分析比较,指出自航模操纵性试验是验证舵方案优劣的有效手段.     

襟翼舵的开发利用

船用襟翼舵多应用在操纵性要求较高的海洋船舶上,其优良的操纵能力及安全可靠的工作性能已经得到了广大设计部门和船东的认可。文中介绍了襟翼舵的工作原理和实船应用情况,通过对船用襟翼舵工作原理和结构形式的研究,扩展了其在船舶上的应用,文中对船用襟翼舵替代侧推的方法和刹车制动功能进行了分析论证,给出了具体计算实例。     

波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

基于经典MMG模型建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,并利用耦合模型叠加波浪力的方式,论文对一艘S175自航船模进行波浪中操纵性和横摇预报,并根据自航模试验进行对比验证;其波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。在验证模型准确性后,对船舶在不同舵速、浪向角下的操纵运动进行时域模拟,比较了舵速和遭遇浪向对船舶舵效的影响,分析了浪向、波频对船舶操纵和回转时横摇的影响。     

变舵速对船舶Z型运动影响理论与试验分析

为分析变舵速对船舶Z型运动性能的影响,提出一种理论仿真和模型试验相结合分析的方法。基于流体力学和船舶操纵性基本理论和方法,建立三自由船舶运动模型,并对模型进行仿真验证。通过构建自航模试验系统,进行变舵速下的自航模试验。理论与试验结果表明:不同舵速对K及T指数无明显影响,但对超越角影响较明显。     

自动舵故障原因分析

自动舵是远洋船舶最重要的设备之一,是自动控制船舶航向的设备,它的性能直接影响到船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动舵的电气控制系统复杂,出现故障对于电气管理经验不足的管理者不知如何下手。本文从舵机故障的现象入手,对自动舵电气控制系统的功能块分析可能出现故障的原因。     

不同舵速对船舶回转性能影响理论与试验分析

为分析不同舵速对船舶回转性能的影响,采用理论仿真和模型试验相结合的方法,基于流体力学和船舶操纵性基本理论,建立三自由船舶运动模型,对模型进行仿真验证。通过构建自航模试验系统,进行不同舵速下的自航模试验,理论与试验结果表明:不同舵速对战术直径、定常回转直径和横距无明显影响,但对纵距影响较明显。     

变舵速对船舶Z型运动影响理论与试验分析

为分析变舵速对船舶Z型运动性能的影响,提出一种理论仿真和模型试验相结合分析的方法.基于流体力学和船舶操纵性基本理论和方法,建立三自由船舶运动模型,并对模型进行仿真验证.通过构建自航模试验系统,进行变舵速下的自航模试验.理论与试验结果表明:不同舵速对K及T指数无明显影响,但对超越角影响较明显.     

基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力

为探究某新型船舶的舵减摇潜力,将该船舶的实际船体参数引入到船舶运动模型中,通过建立的Matlab仿真平台进行模拟仿真,观察船舶在不考虑海浪等环境干扰情况下,不同摆舵幅度和操舵频率对船舶横摇角的影响。根据横摇角的变化特点设计实验方案,探究该新型船舶在舵速限制下能产生的最大横摇角,分析船舶具备的舵减摇潜力。根据实验可知,通过合理的操舵策略,该船舶能够产生较大的横摇角,具备较好的舵减摇潜力。     

基于CFD方法的系泊状态FSO舵载荷计算

舵设备是船舶进行操纵的重要设备,传统舵的性能计算和结构设计多针对航行船舶开展,对系泊在位状态船舶的舵波浪载荷关注较少。采用CFD方法,针对一艘系泊在位状态下FSO(floating storage and offloading)在遭遇极端波浪时的舵载荷进行计算。首先根据FSO临界作业条件评估船体与波浪的最大遭遇角度,然后建立数值波浪水池,评估最大遭遇角状态在实际海况下的舵力矩特征。研究结果表明,在极端海况下的舵力矩会超出规范设计舵力矩,会对舵系结构安全造成威胁。本文研究成果可为同类型舵结构的设计提供参考。     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

潜艇贝壳舵的试验和理论研究

本文设计了一种新型潜艇首舵──贝壳舵，并进行了系统的模型试验、水动力特性分析和操纵性计算。研究表明，贝壳舵能在保持原型艇操纵性的基础上，简化潜艇首舵操舵机构，提高设备的可靠性。     

小型无人帆船Z形操纵性能预测分析

[目的]无人帆船的操纵性预测对实现智能循迹航行具有关键性的作用。为了研究舵角与船体运动之间的关系,实现对操纵性的准确预测,[方法]采用数值模拟方法,系统研究无人帆船船—舵斜航粘性流场模型及其水动力特性,在对船—舵系统的水动力特性进行仿真前,分别对船体、敞水舵的数值计算结果与理论方法予以初步验证;然后,在此基础上实现无人帆船船—舵斜航粘性流场的数值计算;最后,利用MMG分离建模方法建立帆船的操纵运动模型,采用四阶龙格—库塔方法对微分方程进行求解,通过模拟船舶Z字形航行来分析船舵对船体操纵性的影响。[结果]结果表明,应用CFD方法预报船体操纵性可行。[结论]船体的操纵性能可以适用于规定工况下无人帆船的安全航行。