舵球推力鳍对最小推进功率的影响

针对安装有水动力节能装置的船舶,在最小推进功率的评估中,IMO临时导则的估算公式尚未涉及节能装置的影响。以数值模拟为主要手段,以大型散货船及其舵球推力鳍为研究对象,在验证了数值模拟方法的可靠性之后,重点对舵球推力鳍影响下的伴流分数、推力减额以及产生的节能效果进行了研究,为完善最小推进功率导则提供技术支撑。研究认为,临时导则第3.9条中静水阻力经验公式有良好的精度;舵球推力鳍对船舶静水阻力的影响很小,几乎可以忽略不计;数值计算结果显示,舵球推力鳍对推力减额、伴流分数有明显的影响,舵球推力鳍在超低航速时的节能效果远高于设计航速的节能效果,但是经验公式中并没有考虑节能装置在超低航速时对推进性能的影响。     

渔船桨-舵球组合系统节能效果数值分析

考虑将有节能效果的舵球应用于渔船,采用计算流体力学软件STAR-CCM+对39.8 m远洋围网渔船舵桨进行舵球应用数值模拟,由推进效率、螺旋桨表面的压力分布及流场对比不同直径舵球及与螺旋桨桨毂距离组合方案下螺旋桨的敞水性能差异;分析发现对于航速较高的远洋渔船采用合适的舵球可以改善螺旋桨尾部流场分布,降低其尾流旋涡的强度,提高螺旋桨推进效率,达到一定的节能效果。     

基于船-桨-舵组合系统舵球节能效果数值预报

以KCS船、KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于FINE/Marine软件,运用滑移网格技术,根据提出的翼型舵球尺寸,对粘性流场中的桨-舵、桨-舵-舵球组合系统进行水动力性能计算。计算得出该翼型舵球在低进速下,最佳节能效果可达1.66%。在此基础上,对船-桨-舵、及船-桨-舵-舵球系统进行计及自由液面的非定常干扰数值模拟,计算结果表明船-桨-舵-舵球系统的计算结果与桨-舵-舵球系统计算值趋势一致,且该舵球在航速V=2.1968m/s时,其节能效果达2.06%,是相同进速系数下,桨-舵-舵球组合系统的两倍左右,验证了该翼型舵球在两种组合系统下的节能效果,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据。     

舵球坞内安装工艺与流程

随着燃油价格的不断上涨,对船舶节能的研究也变得越来越迫切,舵球填充了螺旋桨毂帽后的低压区空间,对桨后的水流有良好的整流作用,从而减少了紊流涡流引起的能量损失。舵球可以提高节能效果3%~5%,且投资少、安装方便,具有很好的应用前景。文章以滚装船"泰坦尼亚"加装舵球为例,详细说明舵球坞内安装流程及安装注意事项。为以后此类工程提供参考。     

舵球对渔船导管桨节能效果影响的研究

本文以42m拖网渔船的导管桨和舵为研究对象,利用Fluent软件对有无安装舵球的导管桨敞水效率进行了计算与比较,并对舵球进行了变尺度计算,分析了各个参数对舵球节能效果的影响规律。     

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。     

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％.     

2.5万载重吨多用途干货船船型优化及节能装置

介绍2.5万DWT肥大型多用途干散货船船型优化及节能装置的船模试验研究.其船体线型优化设计和球艏的优选,在上海船舶运输科学研究所拖曳水池进行.文中给出了船模阻力、自航和尾部伴流场测试的试验结果,分析了船型变化对快速性的影响,同时介绍了尾部加装节能装置前置导管及舵球的节能效果.该船型优秀,快速性指标先进,是经济高效船舶.实船正在建造中.     

翼型舵球几何参数对桨-舵系统节能效果的影响

以KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于CFD软件FINE/Marine,运用滑移网格技术分别预报了单个螺旋桨及桨-舵组合系统的水动力性能.计算结果表明:裸桨的预报结果与实验值吻合良好,在进速系数为0.1~0.8时,相对误差均在5%以内,且在低进速下,桨-舵系统总效率较裸桨效率有所提高,最高提高1.27%;在高进速下,桨-舵系统总效率降低较大,最大降低6.36%.在此基础上,对桨-舵-舵球组合系统进行计算,通过改变翼型舵球的几何参数,讨论舵球尺寸对桨-舵系统节能效果的影响.结果表明:当翼型舵球剖面相对厚度比为0.28,且最大直径与螺旋桨直径之比为0.16时,节能效果最好,最佳节能效果达到1.62%.同时,通过对桨-舵系统与桨-舵-舵球系统的尾流场进行比较分析,得出舵球的节能原理,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据.     

带偏舵航天飞机的网格生成及流场数值模拟

以OV-102航天飞机为对象，研究了有舵面偏角的全机单区结构网格的生成方法，模拟并分析了高超声速条件下全机及舵面气动特性。结果表明，带舵偏航天飞机单区结构网格生成方法及流场数值模拟方法，可正确模拟该复杂外形在中小舵偏条件下的气动特性。     

扭曲舵强制自航舵力测量试验研究

在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,比较分析了扭曲舵和普通舵的舵力特性。试验结果表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善,对舰船的直航性和舵机受力是有利的。在通过打舵使舰船发生回转时,扭曲舵不仅能使舵轴上的受力状态得到改善,而且能够提高舵的操纵力,改善舰船的回转性能。     

Prediction of ship steering capabilities with a fully nonlinear ship motion model. Part 1: Maneuvering in calm water

This paper introduces a new method for the prediction of ship maneuvering capabilities. The new method is added to a nonlinear six-degrees-of-freedom ship motion model named the digital, self-consistent ship experimental laboratory (DiSSEL). Based on the first principles of physics, when the ship is steered, the additional surge and sway forces and the yaw moment from the deflected rudder are computed. The rudder forces and moments are computed using rudder parameters such as the rudder area and the local flow velocity at the rudder, which includes contributions from the ship velocity and the propeller slipstream. The rudder forces and moments are added to the forces and moments on the hull, which are used to predict the motion of the ship in DiSSEL. The resulting motions of the ship influence the inflow into the rudder and thereby influence the force and moment on the rudder at each time step. The roll moment and resulting heel angle on the ship as it maneuvers are also predicted. Calm water turning circle predictions are presented and correlated with model test data for NSWCCD model 5514, a pre-contract DDG-51 hull form. Good correlations are shown for both the turning circle track and the heel angle of the model during the turn. The prediction for a ship maneuvering in incident waves will be presented in Part 2. DiSSEL can be applied for any arbitrary hull geometry. No empirical parameterization is used, except for the influence of the propeller slipstream on the rudder, which is included using a flow acceleration factor.     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想,考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用,建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型,对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析,将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析,并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能,结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。     

Study on the maneuverability of a large vessel installed with a mariner type Super VecTwin rudder

The suitability of the Mariner type Super VecTwin rudder (hereinafter, the MSV rudder) for a large vessel is assessed in this article. Several experiments in a maneuvering pond were carried out and their results analyzed and summarized. Free-running tests such as turning, zigzag, and stopping tests were carried out with a 4-m free-running model of a very large crude carrier (VLCC) ship with the MSV rudder and the Mariner rudder. The results were compared to validate the maneuverability of a VLCC-sized a ship installed with the MSV rudder. A mathematical model of an MSV rudder is proposed for maneuvering simulation of a large vessel. To develop a maneuvering simulation for the model ship that was used in the free-running tests, hydrodynamic coefficients were estimated based on Kijima's regression formula. The coefficients of interaction between the hull and rudder (t_R, a_H, x_H) were obtained from a self-propulsion test in a towing tank. The complicated flow around the rudders is simplified to model the flow speed around the rudders. This simplified flow speed is utilized to compare the time histories of the free-running tests with the simulations. The mathematical model of the MSV rudder was further improved using the results of this comparison.     

7100 TEU 超大型集装箱船开发

介绍了沪东中华造船集团公司开发的7 100 TEU超大型集装箱船线型优化试验研究结果,研究内容包括主尺度论证选定,线型优化设计,试验结果分析,设计桨航速预报,以及附加节能装置舵球的设计试验等.     

Manoeuvring characteristics of twin-rudder systems: rudder-hull interaction effect on the manoeuvrability of twin-rudder ships

With a recent increase in ship capacity and propulsion performance, a wide-beam ship fitted with a twin-rudder system has been adopted in many cases. However, to improve ship manoeuvring, it is still necessary to have a better understanding of rudder-hull interactions in twin-rudder ships. Captive model tests (oblique towing and circular motion test) as well as free-running tests with a single-propeller twin-rudder ship and a twin-propeller twin-rudder ship are carried out. The effect of drift angle on the rudder forces and some peculiar phenomena concerning rudder normal force for twin-rudder ships are evaluated. A method for estimating the hull-rudder interaction coefficients based on free-running experimental results is proposed.     

船用电动伺服舵机性能仿真研究

为降低船舶传统液压操舵噪声及提高舵机的可维护性,提出一种船用电动伺服舵机方案,该方案主要由直流力矩电机和谐波齿轮组成。建立该舵机的模型,采用 Matlab软件进行性能仿真,并分析影响该舵机性能的主要因素。结果表明,电动伺服舵机的稳定性、精度、响应等性能可满足船舶的操纵要求,研究结果可为电动伺服舵机在船舶上的应用提供支撑。     

船舶舵鳍联合减摇模糊变结构控制研究

分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶舵鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了舵鳍联合控制器和分散非线性变结构控制器,为了改善控制的品质,又进一步提出了模糊趋近律变结构控制的方法,最后针对减摇控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能的减小横荡。     

常规海运船型开发中舵面积的预选研究与验证

船舶操纵性是船舶的重要指标,然而各船级社近期相继删除了其规范中对舵面积的强制要求。本文基于对操纵性理论的分析和总结,对常规运输船舵面积的确定进行了方法上的探讨,为方便数值分析对吃水、舵面积比等进行了统一定义,根据系列船资料拟合出修长度与舵面积比的关系曲线,并根据操纵性试验结果对87000t散货船进行了舵面积和舵形优化讨论,在此基础上梳理出舵面积的开发思路,即舵面积比应与船体修长度在较小时成负相关关系,但当修长度大过某一数值时,需要相对较大的舵面积比。在进行货船初步开发设计时,可根据修长度数值分析结果,选用合适的舵形和舵面积。