基于数值计算方法的矢量合成射流激励器推力特性研究

合成射流激励器具有体积小、质量轻、结构简单、对流体外形影响小等优点,非常适合用于水下机器人的驱动及姿态调节。文章设计了一种矢量合成射流激励器,该激励器的出口是柔性的,采用线驱动方式实现出口偏转角度的连续调节,进而实现推力的矢量控制。建立了用于控制激励器出口偏转角度的数学模型,以及激励器作用力的数学模型。采用有限体积法对该矢量合成射流激励器在不同偏转角度下的流场进行了数值计算,流场设定为三维、粘性、非定常和不可压流场,给出了不同偏转角度下激励器在各个方向上的作用力变化曲线。通过对作用力的计算结果进行分析发现,合成射流的推力比相同质量流量下稳态射流的推力提高50%。另外,还发现激励器各方向作用力的合力基本不随偏角发生改变。结合文中建立的激励器作用力数学模型进行分析,可知合成射流的推力增强效应主要是由激励器外部流体的阻滞作用引起的。     

快速成型在船舶零件制造中的应用

舰船螺旋桨叶轮和叶片的曲面结构复杂,在水下高速转动时受力状态复杂,因此,螺旋桨叶轮和叶片的设计与制造是船舶工业的重点和难点,为了满足日益增长的舰船制造业需求,提升舰船螺旋桨叶片的制造效率和质量具有深远的意义。本文研究一种FDM快速成型技术,通过船舶螺旋桨叶片的三维重构技术建立模型,利用FDM快速成型机,实现了螺旋桨叶片的一体化熔融铸造和加工。     

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。     

螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响,开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究;分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动,得到了不同航行状态下舰船的振动响应;计算结果表明:高航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响,低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大;对于同一航速而言,双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大,从减小振动角度出发,宜采用四桨同时推进的方式航行.     

舰船调距桨推进装置的建模与仿真分析

近年来,内河航运和远洋货物运输行业发展迅速,作为最安全、承载量最大的运输工具-船舶的操纵性和动力特性引起了业内的广泛关注。螺旋桨是船舶动力系统的主要组成部分,很大程度上决定了船舶的推进效果。为了进一步提升船舶的动力特性,使舰船能够适应复杂的海洋气候条件和动力系统负载,可调螺距螺旋桨推进装置的装机量越来越多。通过调节螺旋桨的螺距角,调距桨在一定范围内灵活调节舰船的推进力、主机负荷等动力参数,使舰船的推进效率和机动性能大幅提高。本文详细介绍了可调螺距螺旋桨的运行特点,建立了螺旋桨控制系统的力学模型,利用Matlab/Simulink平台建立了舰船可调螺距螺旋桨推进装置的仿真模型,并对该调距桨进行仿真分析。本研究在改善调距桨的结构设计,提升舰船动力推进性能等方面有重要的意义。     

夹芯复合材料螺旋桨性能流固耦合数值研究

与传统层合复合材料结构相比,夹芯复合材料结构轻质、高强,结构可设计性强,可实现多材料和多功能的一体化集成。本文基于螺旋桨结构水动力边界条件,以INSEAN E779A螺旋桨为研究对象,采用双向流固耦合仿真方法研究夹芯结构螺旋桨的水动力性能和结构响应特性,并与金属材料螺旋桨、传统层合结构螺旋桨进行对比,分析不同夹芯构型与螺旋桨水动力性能的关联性。结果表明:在中高进速系数条件下,螺旋桨结构形式对推进效率的影响较大,夹芯复合材料螺旋桨在实现轻量化的同时,其推进效率要优于同工况下的层合复合材料螺旋桨与金属螺旋桨;在中低进速系数条件下,夹芯复合材料螺旋桨的水动力性能与夹芯构型有着重要联系,随着夹芯体积比的减小,整体质量变大但推进效率得到一定提升。     

螺旋桨在均匀流场中的非定常水动力数值模拟

采用滑移网格技术,使用基于求解RANS方程的CFD软件数值模拟均匀流场中的螺旋桨非定常水动力性能.为了真正实现螺旋桨的旋转运动,在计算过程中采用定长多运动参考系模型计算出初始流场,再用滑移网格模型完成整个计算.数值计算得到的推力系数和转矩系数与实验结果吻合良好,验证了该方法应用于螺旋桨水动力性能研究的可行性.     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

螺距与拱度对螺旋桨水动力性能影响研究

以KP505螺旋桨为研究对象,利用CFD软件,基于RANS方法结合Realizable k-ε湍流模型开展螺旋桨水动力性能数值模拟,分析不同螺距、拱度径向分布对其水动力性能的影响.结果表明:随着螺距、拱度增大,推力和转矩均明显增加,导致螺旋桨单位面积平均推力增大,使得螺旋桨更易产生空泡现象;在中、低进速系数下,螺距越小...     

基于NFFD和高斯近似的螺旋桨多目标优化

为促进螺旋桨高效优化设计,结合基于NFFD技术、多输出高斯近似模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化算法,构建一套包括螺旋桨变形重构—水动力性能快速预测—多目标优化的螺旋桨高效自动优化方法。首先,基于NFFD技术、以螺旋桨的几何参数为设计变量,实现螺旋桨三维模型的变形与重构;采用有限元数值仿真得出样本螺旋桨的水动力性能,并基于多输出高斯近似理论建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的近似模型。最后,结合高斯近似模型和NSGA-Ⅱ算法对KP505桨进行了多目标优化设计,验证方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。结果表明,该方法实现了对KP505桨扭矩系数降低3.3%、效率提高2.6%的多目标优化,验证了该方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。     

船舶可拆卸螺旋桨叶片角度优化技术

传统船舶可拆卸螺旋桨叶片角度存在不同程度的角度差,导致船舶在湍流高压水域中,螺旋桨叶片表面压力过大,造成螺旋桨损坏的问题。通过对可拆卸螺旋桨叶片结构的分析,提出船舶可拆卸螺旋桨叶片角度优化技术。首先,根据螺旋桨材料与参数的不同,对叶片结构面压力进行计算;接着,根据表面压力分布情况,对其进行叶片湍流角度压力模型建立;然后,根据模型参量对叶片最佳角度进行预测。最后,根据预测数值,完成对叶片角度的优化计算,从而达到消除角度差的目的。对比数据表明,采用角度优化后的螺旋桨,叶片表面压力系数明显降低,证明提出方法的有效性。     

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。     

舰船螺旋桨流体动力学计算

为研究螺旋桨水动力特性,以某船舶螺旋桨为研究对象,基于极坐标系建立水流时变力学模型,并将经典流动控制方程与水流时变力学模型相耦合对船舶螺旋桨水动力特性进行数值研究,获得螺旋桨不同位置处的水动力特性。计算结果表明:离转轴越远,其叶片表面压力系数越大。这是由于距离转轴位置越远,叶片速度越大,其表面水流动力粘度也越大,从而使得压力系数显著升高。     

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。     

舰船通信网络多节点数据链传输时效控制技术

研究舰船通信网络多节点数据链传输时效控制技术,考虑数据实时传输时间对传输时效的影响,提升数据链传输时效控制水平。多节点数据链依据舰船通信网络的通信预案,自动查找网络路由表匹配路由,依据舰船通信网络多节点数据链排队模型,确定多节点数据链的实时数据排队等待时间以及实时数据通信时间;依据数据链最短传输时间、通信时限需求以及实时传输时间三者之间的关系,通过调整通信功率、调整通信频率等策略更新数据链链路配置,刷新舰船通信网络路由表,实现多节点数据链传输时效控制。实验结果表明,该技术有效控制多节点数据链传输时效,数据链实时传输时间低于5 ms。     

高海况下的螺旋桨计算机辅助设计研究

螺旋桨是船舶动力系统的关键部件,螺旋桨的设计水平和制造质量直接决定了船舶的性能。近年来,人类对海洋资源的开发程度逐渐提高,高海况下的船舶作业越来越常见,对舰船螺旋桨的质量提出了更高要求。目前,计算机辅助设计制造(CAD/CAM)技术逐渐成熟,在工业领域获得广泛应用。本文首先对舰船螺旋桨的设计要素进行研究,然后建立了螺旋桨的敞水特性方程,最后在UG软件平台上开发了一种高海况下的螺旋桨辅助设计方法。     

考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究

基于STAR CCM+和ABAQUS软件,运用平均雷诺方程和SST k-ω湍流模型,建立一种基于流固耦合、可有效预报全浸螺旋桨水动力特性的数值计算方法。以标准模型DTMB P4381为网格验证对象,并对不同桨毂形状下的DTMB P4381水动力特性进行双向流固耦合计算,探讨圆柱形桨毂与球形桨毂对该无侧斜桨性能影响及作用机理。结果表明:考虑流固耦合作用能更准确预报螺旋桨水动力性能;桨毂形状对桨叶根部的流动影响明显,对桨叶表面压力分布的影响可延伸至0.5倍半径处,并且该影响随着进速系数的增大而增大。     

复合材料铺层角度对螺旋桨受力特性影响分析

复合材料螺旋桨具有高比强度、高阻尼等特性,可有效提高螺旋桨推进效率,这种特性与制作工艺中的铺层方案存在相关性。针对P4119桨,建立复合材料螺旋桨模型,采用流固耦合数值模拟方法,对复合材料螺旋桨形变、应力分布与推进效率进行计算。结果表明,复合材料铺层角度对螺旋桨的弯扭耦合效应产生明显效果,载荷集中区域局部叶型剖面螺距发生改变,进而影响整个螺旋桨径向范围内的螺距、侧斜与纵倾的分布情况。铺层角度0°～90°时,最大应力值下降41.06%～42.90%,推力系数下降4.12%～5.85%,扭矩系数下降4.49%～7.52%,效率提升0.39%～1.8%。因此,复合材料螺旋桨在大载荷下运行时,工况会发生改变,桨叶会随工况产生较大变形,影响其推进性能。调整复合材料铺层角度,可改善桨叶变形情况。     

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。     

Long marine shafting alignment and optimization considering propeller hydrodynamic force in wake field北大核心CSCD

[目的]针对计入螺旋桨水动力的舰船轴系校中计算,传统方法通常容易忽略船体伴流场的影响,使得螺旋桨水动力计算的结果与真实值之间存在较大偏差,从而导致轴系校中精度下降。[方法]以某舰船长轴系为对象,建立桨-轴-船一体化有限元模型及其伴流场流域模型,利用CFD数值仿真的叠模方法计算螺旋桨水动力;采用流固耦合法将流体计算结果作用于螺旋桨表面,进行轴系校中计算,并得到螺旋桨水动力对轴系整体挠曲线及各轴承状态参数的影响规律。在此基础上,引入多目标优化算法开展轴系多目标优化校中,来解决轴系末端四套轴承间载荷差值过大的问题。[结果]考虑螺旋桨水动力后,轴系尾部挠度变化减小,越靠近螺旋桨处的轴承其载荷所受影响越大,载荷值随进速系数的增大而减小;对比多目标优化前后的轴系校中状态,轴系各轴承之间的载荷差值明显减小,轴系运行状态得到改善。[结论]所提方法提高了计入螺旋桨水动力的轴系校中计算精度,可为轴系校中质量的提升提供参考。