空泡水筒中螺旋桨模型试验的筒壁影响和修正

在中国船舶科学研究中心工作段直径为0.8米的水筒中,试验了三个几何相似的螺旋桨模型。用激光测速仪测量了螺旋桨前后不同截面的水筒流速分布,也测量了筒壁上的压力分布。对水筒中进行无空泡、有空泡和超空泡螺旋桨试验时,应如何进行筒壁影响的修正,提供了依据。同时还指出,水筒中螺旋桨的推力或负荷系数与水池敞水试验值相同时,其流场仍然是不同的。     

基于粘势耦合方法的空泡水筒阻塞效应数值模拟与分析

阻塞效应修正是提高空泡水筒水动力测量结果精度的重要措施。本文以上海交通大学新空泡水筒为研究对象,采用粘势耦合方法预报某7叶螺旋桨盘面处的实效伴流场,以此修正螺旋桨进速实现空泡水筒的阻塞效应修正。首先采用面元法对螺旋桨进行敞水预报,建立体积力模型将其力场插值到RANS网格中进行计算,得到桨盘面的实效伴流场。然后根据实效伴流分数归纳进速修正公式对螺旋桨推力和扭矩曲线进行修正,从而实现了空泡水筒到敞水结果的阻塞效应修正。结果表明,空泡水筒中计算的推力和扭矩曲线修正后与敞水中的计算吻合良好。     

螺旋桨斜流试验装置

对于高速艇而言，需要研究其螺旋桨在斜流工况下的水动力性能，为此，七０八所在现有水筒试验设备的基础上，研制一套螺旋桨斜流试验装置，即可进行该试验，对桨在不同斜流下的空泡特性及剥蚀程度作出定性评估。     

冰阻塞参数对螺旋桨水动力性能影响试验研究

针对冰水混合环境下冰阻塞逼近效应对螺旋桨水动力性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞条件下的螺旋桨模型水动力性能试验,测试了冰桨轴向、垂向间距等冰阻塞参数对不同运行工况的螺旋桨模型水动力性能影响。试验结果表明,冰阻塞物一方面改变流场特征直接影响螺旋桨模型推力和扭矩,另一方面改变桨叶的空泡特性进而影响水动力性能。在无空化状态,随着垂向和轴向阻塞逼近程度的加深,在冰阻塞环境螺旋桨模型推力系数相比于均流可产生40%和20%的增加;而在桨叶严重空泡的重载状态,螺旋桨水动力随冰桨间距的变化不明显,桨叶的空泡效应减缓了冰阻塞效应的影响程度。     

空泡效应对冰阻塞环境下的螺旋桨性能影响研究

针对空泡效应对冰区船舶螺旋桨在冰阻塞环境下的推进性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞环境不同空泡数下的螺旋桨模型水动力性能对比试验。试验结果表明空泡效应减缓了冰阻塞环境下螺旋桨推力均值上升的程度,加剧了非定常变化的幅度;冰阻塞环境螺旋桨受空泡影响发生推力突降的运行工况要早于均流环境。采用CFD方法对冰阻塞环境下的螺旋桨模型水动力和空泡特性进行了数值模拟,冰阻塞典型工况的螺旋桨模型水动力性能计算结果与模型试验结果误差在5%以内,在相同工况下桨叶表面的空泡形态模拟结果与模型试验基本一致,表明本文冰阻塞环境螺旋桨水动力和空泡性能的数值模拟方法具有较高计算精度。     

基于CFD技术的节能舵球节能效果数值预报

基于CFD技术,分别预报了单个螺旋桨、桨舵组合的水动力性能,并将计算结果与试验值比较,结果显示预报结果与试验值吻合良好.在此基础上,对螺旋桨-舵-舵球组合进行了计算,并比较了舵球设计参数对节能效果的影响.计算结果表明,舵球可以有效地提高螺旋桨的效率,在舵球直径与螺旋桨直径之比为0.292时,其节能效果最好,达7.66％.     

水筒噪声测量方法的改进

水筒是研究水动力噪声的主要设备之一,但由于测量方法的不完善,大大限制了水动力噪声测量结果的可信度。本文比较了现在常用的几种水筒噪声测量方法,分析了其存在的缺点,提出了水筒噪声测量的改进方法——混响箱法,即将水筒的实验段包围在一个较大的水箱内,测出箱内均方声压的空间平均值,经箱内声场的严格校准,计算出被测噪声源的辐射声功率或噪声源自由场中等效无指向声源级。     

空泡螺旋桨系列

本文介绍的空泡螺旋桨系列由12个模型组成:其伸张面积比 E.A.R.=0.70、0.85、1.00;螺距比 P/D=1.00、1.25、1.50、1.85;直径 D=220毫米;毂径比 d/D=0.164。桨叶剖面的形状为:外半径以 Tulin 二项式为压力面,叠加以抛物型的弦向厚度分布;近根部为双凸剖面。试验在中国船舶科学研究中心的2号水筒中进行。该水筒的工作段直径为800毫米,长度为3200毫米。试验水速为8～10米/秒,R_n>1.33×10~6。试验空泡数为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.4、5.0。空泡数等于5.0时测得的数据与敞水试验基本一致。     

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。     

参数选择对螺旋桨水动力性能的影响

为研究螺旋桨的几何参数对其水动力性能的影响,用基于速度势的低阶面元法计算敞水螺旋桨的定常水动力性能,根据格林公式,得到关于螺旋桨扰动势的积分微分方程,采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边处满足压力库塔条件,计算分析螺旋桨的主要参数对其水动力性能的影响.计算结果表明,桨毂锥角、桨叶数、盘面比及侧斜对桨推进及空泡性能影响较大,而纵倾的影响相对较小.