基于STAR-CCM+的无轴轮缘推进器水动力性能分析

无轴轮缘推进器（RDT）是一种振动噪声低、推进效率高的集成式电机推进器,具有广阔的应用前景,对其开展水动力研究有重要意义。本文基于STAR-CCM+,采用Realizablek k-ε模型完成RDT水动力性能的仿真计算,并将计算结果分别与RDT模型的实验结果和常规导管桨的敞水性能CFD值进行对比分析。     

无轴轮缘推进器水动力性能分析及桨叶强度校核

基于CFD数值计算,计算了某无轴缘推进器轮缘内外表面,前后端面的摩擦扭矩值,并与经验公式值进行对比,结果表明,轮缘总摩擦扭矩与经验公式值误差在1.3%之内。通过采用相同的方法计算JD75+Ka4-70导管桨的水动力性能,并与实验值进行对比,验证了本文方法的正确性。在此基础上,通过单向流固耦合方法对桨叶的结构强度进行计算分析;并对原型桨的桨叶厚度分布进行了改变,分析桨叶厚度分布改变对无轴缘推进器水动力性能及桨叶强度的影响。结果表明：再设计桨的质量、推力、扭矩均有所下降,效率提高了2.1%。虽然桨叶最大变形量及最大等效应力均有所增加,但仍满足强度要求。在满足强度要求的条件下,可以通过有限元计算方法选择较为合适的桨叶厚度分布,提高无轴轮缘推进器的敞水效率。     

无轴轮缘推进器流热耦合研究

无轴轮缘推进器将永磁电机与螺旋桨集成一体,螺旋桨旋转时对电机电磁损耗与流场换热特性产生影响,进而改变各部分的温度分布。采用有限元法（FEM）计算推进电机的电磁损耗,采用有限体积法（FVM）建立流体场和温度场仿真模型,对推进器的电磁-流-热耦合问题进行仿真分析。通过对比仿真和试验结果,验证了流热耦合仿真方法的有效性。在此基础上,推导了螺旋桨转速与集成电机的损耗关系,并利用仿真模型分析了在不同进速系数、不同转速、不同间隙下推进器电磁损耗及流体场对推进器散热的耦合影响。结果表明,外域水流对推进器的温升影响较小,当间隙流速达到一定程度时散热减缓;推进器螺旋桨转速与集成电机电磁损耗存在幂次方关系;推进器主要靠间隙流体的流动带走热量,间隙大小会影响推进器散热,应合理选择推进器间隙尺寸。     

无轴轮缘侧推器水动力特性及影响因素分析

为了揭示船舶无轴轮缘侧推器的水动力性能,分析侧推器结构参数的影响规律,采用计算流体力学的方法对无轴侧推器进行数值计算,研究船首位置的无轴侧推器水动力性能、周围流场的分布规律及其水动力性能变化的影响参数,获得不同螺距比、盘面比及毂径比对无轴侧推器水动力特性的影响规律。结果表明：随着流速增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数均增大;螺距比在0.7～1.2范围内,螺距比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数同时增大,推力系数比扭矩系数变化速率快;盘面比在0.3～0.9范围内,盘面比增大,无轴侧推器的推力系数和扭矩系数有所增加,但增加幅度较小,推力系数增长幅度在5%左右,扭矩系数变化幅度小于2.5%,毂径比对无轴侧推器水动力性能影响较弱。     

船舶无轴轮缘推进动态特性数值研究

基于数值方法对船舶无轴轮缘推进动态特性开展研究。首先,基于CFD方法获取无轴轮缘推进器敞水性能,基于切比雪夫多项式拟合获得了无轴轮缘推进器四象限性能曲线。然后,构建船-桨耦合动态仿真数学模型以及开发仿真程序。最后,通过算例对无轴推进船舶典型的起动和停机的动态特性仿真,与试验对比验证方法的有效性。与传统推进对比表明:无轴轮缘推进器超载力矩更低、响应更快。本文研究可为无轴轮缘推进器的设计提供指导,提升船舶采用无轴轮缘推进机动性能和可靠性。     

轮缘推进器水动力性能数值分析

轮缘推进器作为一种新型的推进方式,取消了螺旋桨推进中轴系的设置,具有舱容占比小、噪声低和振动小等优点,可用于潜艇、鱼雷或者是游艇等海洋航行器,有广泛的应用前景。本文基于STAR-CCM+仿真软件,针对推进器流场进行数值模拟,采用SST k-ω模型完成对轮缘推进器水动力性能的数值计算,分析了建模时简化推进器驱动环间隙及桨叶弦长和螺距比对推进器水动力性能的影响。     

轮缘推进器模型试验装置设计研究

轮缘推进是将电机集成于推进器,推进器置于船尾推动船舶航行的一种新型推进技术。轮缘推进器由于没有传统推进轴系系统,故具有安装方便、噪声小、效率高等特点。国外已将该技术运用到实际船舶中,而国内尚处在总体设计、水动力性能、集成电机等方面的初步研究阶段。为了进一步促进轮缘推进器性能研究的发展,本文提出一种轮缘推进器模型试验装置,根据实验室拖车系统自身特点,完成了该试验装置的总体设计、推进器模型设计、测试方法等方面的研究工作,为轮缘推进技术研究提供试验条件保障。     

无轴轮缘推进器的间隙流动功耗与散热

针对间隙流体的摩擦功耗及其对电机散热的影响问题,利用流体计算软件FLUENT计算不同结构参数和工况参数下间隙内的摩擦扭矩变化,并与经验公式得出的结果进行对比分析,结果显示两者相吻合。对考虑电机发热因素间隙流体的温度场分布进行数值计算,分析不同参数对间隙流体温度分布的影响规律。研究结果表明:轴向和径向间隙尺寸越大,间隙流体摩擦功耗均越大,但增大间隙尺寸对电机散热有利,因此间隙尺寸设计需综合考虑功耗、散热和磁场强度等;间隙尺寸和水流速度等是影响间隙流道温度场分布的关键因素,推进器工作产生的推力导致转子轴向移动,间隙流道功耗随之增加,温度场分布也发生变化。     

无轴推进电机技术应用研究

对可用于水面及水下航行器无轴推进系统4种推进电机工作原理、特点、转矩强度、电力变换器要求、声学性能等技术方面的研究分析比较,得出采用交流永磁同步电机是当前无轴推进器应用的最佳选择。     

舰船推进系统－－多种动力的联合系统

论述了联合推进系统，并且对舰船推进系统的过去、现在、未来进行详细讨论。     

水下矢量推进器研究综述

本文结合水下潜器和水上船舶的水下矢量推进器,对具有不同矢量推进方式的螺旋桨矢量推进器和喷水矢量推进器进行分类整理和展开描述,概述部分矢量推进器的发展历史,阐明国内外各类不同方式的水下矢量推进器的工作原理及特点,最后总结了水下矢量推进器的发展趋势,对未来水下矢量推进器的设计和应用具有一定的参考价值。     

水下航行器新型高效动力系统

从水下航行器对动力系统的要求出发,分析了常规燃料AIP、小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统国外发展概况,提出了小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统组成的水下航行器新型高效动力系统,在对该系统研究后指出了需要研究的关键技术,原理与配置;展望了应用前景.     

基于PLC技术的船舶电力推进系统设计

传统的船舶电力推进系统存在着可靠度低的缺陷,为此提出基于PLC技术的船舶电力推进系统设计研究。电力推进系统主要由电力系统、调速系统、回转系统和推进器组成。系统硬件设计包括变频器、PLC硬件设备和变频器通信硬件设备设计,系统软件设计包括通讯环境设计、电力推进控制系统冗余程序设计和电机运行程序设计。通过系统硬件与软件设计实现了电力推进系统的运行。实验结果显示,设计的船舶电力推进系统的可靠度比传统系统高出25.2%,说明设计的船舶电力推进系统具备极高的有效性。     

推进轴系的纵向减振技术及水下辐射噪声研究

推进轴系振动是船体振动的主要来源,船体振动不仅会影响船舶结构的安全性,致使机械设备失灵,还会形成水下辐射噪声等现象,不利于船舶的正常作业。因此,研究船舶推进系统的纵向减振技术,提高船舶的可靠性、舒适性有重要意义。本文主要针对水下潜艇的主推进轴系,结合噪声辐射特性理论与Matlab仿真分析,研究了潜艇推进轴系的纵向减振技术。     

基于DSP及FPGA的水下信息融合系统的设计

对于大型水下设备,常需要多个分系统之间配合工作,且分系统采用的通信协议也不尽相同。为了保证分系统的数据可以被及时采集和处理,本文采用DSP加FPGA的架构实现信息融合系统。DSP芯片作为主处理器用于应用层的设计,负责整个系统运行时的流程调度和数据处理;FPGA对DSP进行扩展,既解决了DSP通信资源和内部缓存不足的问题,也利用FPGA的编程功能实现一些通信接口的逻辑设计,从而降低电路设计的难度。经板上及系统整体测试表明,系统融合系统可以完成16路串行数据的收发及2路1553B数据的收发,系统稳定可靠且具有极强的可扩展性和通用性。     

水下闭式循环动力系统动态过程数值仿真研究

水下闭式循环动力系统具有高比能量、大比功率以及无工质排放的优点,能够大幅提高水下航行器航速、航程、航深和隐蔽性.本文首次针对某新型水下闭式循环动力系统建立其动态模型,其中燃烧室模型考虑气相氢、氧气和液相冷却水的相互耦合作用,汽轮机模型考虑其转子惯性和容积惯性,冷凝器模型考虑3个相区:过热区、饱和区和过冷区.利用该模型对系统动态过程进行仿真分析,结果表明只要氢、氧气和冷却水流量在系统动态过程中保持一定的比例关系,则燃烧室温度基本保持不变,而燃烧室压力和汽轮机输出功率仅取决于总工质流量.该结论为制定系统解耦控制策略奠定了基础.     

水下闭式循环动力系统动态过程数值仿真研究

水下闭式循环动力系统具有高比能量、大比功率以及无工质排放的优点,能够大幅提高水下航行器航速、航程、航深和隐蔽性。本文首次针对某新型水下闭式循环动力系统建立其动态模型,其中燃烧室模型考虑气相氢、氧气和液相冷却水的相互耦合作用,汽轮机模型考虑其转子惯性和容积惯性,冷凝器模型考虑3个相区:过热区、饱和区和过冷区。利用该模型对系统动态过程进行仿真分析,结果表明只要氢、氧气和冷却水流量在系统动态过程中保持一定的比例关系,则燃烧室温度基本保持不变,而燃烧室压力和汽轮机输出功率仅取决于总工质流量。该结论为制定系统解耦控制策略奠定了基础。     

基于CAN总线的水下通信系统设计

为减少水下通信系统线束的数量,同时保证水下通信系统的稳定性与可靠性,采用CAN总线作为现场总线来进行数据传输。结合水下通信系统的特点,设计了CAN总线的整体网络结构,并采用独立的CAN总线控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250设计了CAN总线的接口,编写了相应的上位机软件程序。CAN总线的引入在保证数据通信质量的同时,减少了系统的复杂程度。体现了CAN总线多主网络,抗干扰能力强,传输速率高,结构简单等方面的优势。     

潜器模型水下自航试验分析方法探讨

文章在模型自航试验原理的基础上,讨论了潜器强迫自航试验自航点的确定问题,提出了通过强制力来修正兴波干扰影响的试验方法;由于强制力的计算和阻力附加值有很大的关系,当阻力附加值难以被准确确定时,建议在试验中补充全负荷自航试验曲线,可以弥补强迫自航试验范围狭窄的缺陷;同时文中分析得出了自航因子随阻力补贴值的变化规律;进而在以上两种试验方法的基础上,探讨了一种能够避免兴波干扰的试验方法,采用这种方法得到的试验数据离散程度更小,有利于提高试验精度。