船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真

不同动力机械螺旋桨在湍流环境下进行动力性能仿真过程中,存在量化误差较大的问题,为此提出船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真。分别设计螺旋桨动力性能仿真平台硬件结构和软件系统,实现螺旋桨动力性能仿真平台构建;基于仿真平台对船舶动力机械螺旋桨湍流流体动力学进行分析,通过平台大数据技术,实现船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真分析。试验数据表明,本文系统仿真效果与常规仿真方法相比,量化准确率提升10.25%,适合不同环境下的船舶螺旋桨动力性能分析。     

基于Lighthill声类比理论的螺旋桨噪声性能研究

论文基于Lighthill声类比理论和傅立叶变换结合声学软件Actran开展螺旋桨噪声性能的分析研究。以E779A螺旋桨模型为对象,进行了螺旋桨噪声性能的数值模拟,分析了不同位置处声压谱和声功率谱的特性、噪声随距离变化的衰减特性、不同进速系数下的声压级云图等;最后,分析了非均匀进流、螺旋桨空化、进速系数等对螺旋桨噪声的影响。本文主要的研究工作是对螺旋桨噪声性能的预报研究,对今后船舶工程螺旋桨的设计研究有着重要的指导意义。     

冰载荷和纵倾角对螺旋桨强度的影响

[目的]在冰区航行对船舶螺旋桨强度的要求很高,因此对不同情况下螺旋桨的强度进行研究十分重要。[方法]基于有限元方法,以Workbench为工具,计算在冰区运行的不同纵倾角螺旋桨不同工况下的应力、应变,并在计算前开展网格收敛性研究。[结果]由分析计算结果可知:冰级越低,螺旋桨桨叶受到的冰载荷就越小,应力、应变也越小;部分工况下螺旋桨的应力、应变变化十分类似;较大的纵倾角对螺旋桨桨叶的应力、应变影响较大。[结论]计算结果可为冰区船舶螺旋桨的强度设计提供参考。     

冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

为了探究螺旋桨-冰相互作用过程中螺旋桨水动力性能的变化,研究了非冻结模型冰在轴向运动时螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离以及螺旋桨不同进速系数的变化规律,以及非冻结模型冰在横向和垂向运动时螺旋桨推力和扭矩的变化规律。试验结果表明,螺旋桨在阻塞状态下推力和扭矩的值与敞水实验值相比显著增加;螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离的减小,先逐渐增加后增加值不稳定;非冻结模型冰在横向运动时螺旋桨推力不变,扭矩表现为在横向右端时最大;非冻结模型冰沿垂向运动时越往下运动螺旋桨推力和扭矩越大;区分了非冻结模型冰极端尾涡和螺旋桨-冰之间距离对螺旋桨水动力性能的影响。文中的试验设计和相关结论对于螺旋桨-冰相互作用的进一步研究有着一定的指导意义。     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素,指导导管螺旋桨的优化设计,采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究,分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大,而敞水效率下降;适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能;减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加,增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降;当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时,不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言,前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响,其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数,并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。     

螺旋桨桨叶固有频率的试验分析

以DTMB4381桨为研究对象,通过在桨叶表面布置加速度传感器,采用锤击法测得桨叶的固有频率.探究螺旋桨直径、螺旋桨安装位置、敲击工具和敲击位置对桨叶固有频率测量结果的影响.试验结果表明:螺旋桨的固有频率与其缩尺比呈反比;改变螺旋桨的安装位置会对其固有频率测量结果产生微小影响;不同的敲击工具激发桨叶固有频率的能力不同;改变敲击位置会使桨叶固有频率测量结果发生明显改变.     

导管剖面设计对导管螺旋桨水动力特性的影响

运用计算流体的方法对导管螺旋桨的叶梢漩涡、螺旋桨周围流场和推力特性进行计算,并且通过组合不同类型的导管对比分析了梢涡的改善方法和推力性能的优化方案。计算结果表明:调整导管螺旋桨中的导管迎角,并延长导管有助于改善导管螺旋桨梢涡的产生和改善桨毂后的尾流,有利于提高导管螺旋桨的稳定性;增大导管迎角并延长导管能够使桨叶上荷载和推力分布更加均匀;在进速系数J=0.4左右,导管螺旋桨性能更优,也更高效。本文结论有助于设计出性能优良的导管螺旋桨。     

DOE方法在螺旋桨几何参数优选中的应用

螺旋桨的几何外形是通过螺距、纵倾、侧斜、拱度、弦长、桨叶剖面等几何参数来表达的,这些几何参数影响着整个螺旋桨的水动力、噪声、空泡、振动等性能。定量地给出不同半径处各个几何参数对螺旋桨性能的影响,对螺旋桨的设计有重要的指导意义。论文采用试验设计(Design of Experiment,DOE)的拉丁超立方设计方法,结合螺旋桨定常水动力性能的面元理论预报程序,分别定量地研究了不同半径处的螺距以及盘面比与0.4、0.7、1.0半径处的纵倾、螺距、侧斜对敞水螺旋桨推力系数和敞水效率的影响;同时,结合螺旋桨非定常水动力性能的面元理论预报程序及傅里叶分析方法,定量研究了不同半径处侧斜以及0.5、0.8、1.0半径处的螺距、纵倾、侧斜对螺旋桨主桨叶在给定伴流场中非定常推力的影响。研究结果表明:DOE方法能够准确分析不同径向处的几何参数对定常和非定常螺旋桨性能的影响程度。     

导管螺旋桨水动力特性仿真分析

为探究导管对螺旋桨水动力特性的影响机理,该文基于RANS方法选用SST k-ω湍流模型,对有无导管、导管与螺旋桨是否共轴转动、不同截面形状导管的设计方案进行数值计算,对比分析了不同设计方案下流场结构特征、螺旋桨水动力特性的差异。计算结果表明：导管的存在能够降低螺旋桨净推力而增大总推力,且能够降低扭矩;导管随螺旋桨共同转动,会使扭矩大幅增加;导管的截面形状对螺旋桨水动力特性的影响主要集中在截面厚度和尾缘收缩率上,厚度变化导致前缘段线形变化,对净推力影响较大;尾缘收缩率会导致尾缘段线形变化,对推力影响较小,反而会使扭矩增大。基于以上结果,初步明确了导管对螺旋桨水动力特性的影响规律,为后续导管推进器的设计提供了支撑。     

基于参数化的螺旋桨建模及敞水性能分析

针对传统螺旋桨建模过程复杂以及工作量大的问题,提出一种基于参数化的螺旋桨建模方法。以AU型图谱桨为例,利用Prop Cad对该螺旋桨进行参数化设计,并导入Solid Works三维建模软件;利用FLUENT模拟不同参数下螺旋桨模型的推力系数、力矩系数和敞水效率;将仿真结果与回归公式计算结果进行对比,验证该方法的可行性。结果表明：基于参数化的螺旋桨建模与回归公式计算得到的单桨敞水性能基本保持一致;通过对比计算不同进速系数的推力系数、力矩系数和敞水效率可得相对误差为1.27%、2.07%和2.94%。最后,利用仿真进一步验证了该方法的可行性。     

导管剖面设计对导管螺旋桨水动力特性的影响

运用计算流体的方法对导管螺旋桨的叶梢漩涡、螺旋桨周围流场和推力特性进行计算,并且通过组合不同类型的导管对比分析了梢涡的改善方法和推力性能的优化方案.计算结果表明:调整导管螺旋桨中的导管迎角,并延长导管有助于改善导管螺旋桨梢涡的产生和改善桨毂后的尾流,有利于提高导管螺旋桨的稳定性;增大导管迎角并延长导管能够使桨叶上荷载和推力分布更加均匀;在进速系数J=0.4左右,导管螺旋桨性能更优,也更高效.本文结论有助于设计出性能优良的导管螺旋桨.     

渔船动力装置优化配置的研究

以8154型拖网渔船为例,利用螺旋桨设计软件系统,对不同螺旋桨转速、不同主机功率以及不同作业工况下的船、机、桨参数进行了分析。显示在条件允许范围内,低转速、大直径的螺旋桨可以改善渔船的作业性能;主机不能一味追求增大功率,应选择满足设计要求的合理主机功率。     

气力推进艇动力系统匹配研究

基于空气动力螺旋桨基本性能参数、发动机外特性曲线、船体设计参数和主要设计性能指标等数据,对气力推进艇动力系统的匹配设计方法进行研究。采用CFD模拟计算方法预估艇体不同运动速度下的运行阻力并确定驱动功率;根据螺旋桨推力计算公式确定艇体运动速度与螺旋桨转速的关系;考虑传动系统效率及螺旋桨推力转换效率计算发动机有效负载功率;分析不同传动比下发动机有效负载转矩是否属于发动机输出最大转矩范围,同时发动机有效负载功率是否接近发动机最大功率点,选择符合上述要求的最优传动比。该匹配设计方法可为气力推进艇设计过程中螺旋桨性能参数选择、发动机型号确定以及动力系统传动比优化等提供参考依据。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

不均匀流场中串列螺旋桨的空泡、激振力分析

本文基于普通螺旋桨的准定常理论和有关空泡、激振力的理论,发展了不均匀流场中串列螺旋桨空泡、激振力的一个计算方法。主要内容包括:Sasajima加权平均对周向不均匀流场的处理;计及前桨尾流收缩影响的串列螺旋桨正问题计算;轴承力和表面力的谐调分析;前、后桨一对叶片推力偏心的计算和推力、扭矩脉动的谐调分析计算;前、后桨叶剖面空泡长度和面积计算;前、后桨对空间一场点脉动压力的计算。本文还计算了同一伴流场中负荷相同,但叶错角和前、后桨螺距匹配情况不同的串列螺旋桨空泡长度。结果表明:不同的叶错角和不同的螺距匹配对串列旋桨的空泡长度有明显的影响。本方法对不均匀流场中串列螺旋桨的设计以减少激振力有一定的实际意义。     

舰载直升机旋翼后向雷达散射截面分析

通过准静态法,建立计算模型,利用物理光学法和物理绕射理论,计算旋转螺旋桨在不同入射角下的后向RCS值,分析旋转螺旋桨的后向雷达散射截面与叶片扭角和叶片数量的关系。认为调整螺旋桨叶片扭角能改变RCS最大值出现方向;增减叶片可改变螺旋桨RCS变化周期,但不会改变RCS最大值。该研究结论对含螺旋桨飞行器的隐身设计具有一定的参考价值。     

浅水效应对螺旋桨轴承力的影响分析

为了分析浅水条件对螺旋桨轴承力的影响,本文采用RANS方法和VOF模型,对计及自由液面的KCS船桨舵一体系统开展了不同吃水条件下螺旋桨非定常轴承力的数值预报分析。首先计算了深水(h/T=20)工况下的螺旋桨轴承力,通过与试验结果对比,验证了网格划分方法和计算方法的可行性。然后在此基础上进行了不同吃水工况下螺旋桨非定常力计算,监测发现螺旋桨非定常轴承力随时间周期性脉动,浅水条件下螺旋桨轴承力时均值明显大于深水工况。经快速傅里叶变换得到轴承力脉动幅值,分析得出:当h/T<3时,脉动幅值随水深增加迅速减小;当h/T>3时,水深变化对脉动幅值影响较小。     

某AU型螺旋桨的三维建模及其性能分析

螺旋桨性能将直接影响船舶的快速性和推进效率,文章以AU型螺旋桨为对象,运用实体建模和数值仿真等方法对螺旋桨性能进行研究。首先用MATLAB将螺旋桨的基本参数和不同半径处叶切面二维坐标转换为空间笛卡尔坐标,再将笛卡尔坐标值导入Solidworks中建立三维实体模型,然后在Fluent中选择RNG k-ε湍流模型,运用CFD数值方法对螺旋桨进行性能仿真,研究不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率和桨叶压力分布等参数特性变化趋势,分析计算结果的准确性。通过对螺旋桨性能的分析,得到螺旋桨运转时尾流场特性,为空泡、振动分析提供理论依据,为以后螺旋桨优化设计提供参考。     

大侧斜可调螺距螺旋桨

本文论述了大侧斜可调螺距螺旋桨的设计与试验。近几年来大侧斜可调螺距螺旋桨由于螺旋桨与船体伴流场间的相互作用而减小了螺旋桨的诱导振动,改善了转叶扭矩因而得到了显著的发展。作者所在的卡米华公司的船用试验室对大侧斜螺旋桨进行了广泛的研究,其中包括:螺旋桨流体动力特性的确定;在模拟船艉伴流场情况下,对空泡模型的观察以及对作用在船体上的螺旋桨诱导脉动力的测量;在模拟船艉伴流场的情况下,对不同工况测量了螺旋桨桨叶的动态力与力矩;在系统地改变进速比、空泡数、螺距比的情况下,测量了桨叶的转叶扭矩值并比较了常规叶型与大侧斜螺旋桨的各种参数。本文还介绍了进行上述试验所选用的仪器,并将试验结果以曲线形式给出。最后作者还对大侧斜可调螺距螺旋桨的设计和应用提出了一些建设性的意见并对大侧斜螺旋桨予以正确的评价。