超高速断级滑行艇推进系统工况配合特性的研究

实现超高速断级滑行艇实艇的船机桨最佳匹配是一个复杂的过程,根据一型14 m实艇研制过程,在设计阶段结合同类实艇统计的经验和模型试验的综合分析方法,合理确定艇的目标航速.在预试航阶段,面对实艇船机桨匹配的难题,通过综合分析主机功率、船体阻力和表面桨三者的特性曲线之间的关系,同时分析预试航水面条件对航速的影响,找到船机桨不能最佳匹配的主要原因是表面桨的工作效率,由此提出解决问题的技术途径,使实艇达到目标航速.     

某集装箱船实船与模型试验相关分析

本文对某集装箱船模型试验预报结果及5条姊妹船实船试航数据进行了相关分析。同一型船因为实际试航海况的差异，采用ISO15016:2015的方法进行修正后，得到的功率相关因子值有一定差异。这主要因该修正方法还是难以考虑到实际试航时各种复杂的气象、海况及水文条件。该方法虽存有一定的近似和不周之处，但其修正后的结果通常还是可以用于常规的航速预报，有一定的可信度，但与在标准试航条件下所测得的结果还是会有一定的差异。     

浅析表面桨垂向力对滑行艇水动力性能的影响

由于表面桨交替工作于水和空气两种不同的流体介质中会产生很大的垂向力，因而会对滑行艇的水动力性能带来不可忽视的影响。定性来讲，表面桨垂向力会使艇的阻力增加而纵向稳定性提高，但受试验条件的限制，模型试验无法模拟这种垂向力作用。从设计实践的角度分析了表面桨垂向力产生的原因，并指出了可将其影响换算成艇的重心前移来衡量滑行艇阻力及纵向稳定性的变化，为预报采用表面桨推进装置的滑行艇的水动力性能提供了一种实用的方法。该方法的局限性在于，精确计算垂向力大小需依赖表面桨垂向力图谱，而通常情况下，成系列的图谱作为技术机密是不易获得的，只能通过手头有限的资料或经验进行近似估算，但在缺乏模型试验验证手段的情况下，该方法对快艇设计者还是具有很强的指导意义的。     

艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报

[目的]螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声控制的重点和难点,因此有必要开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究。[方法]以SUBOFF潜艇和DTMB 4383桨为计算对象,结合大涡模拟湍流模型和无限元方法,分析潜艇非均匀伴流场中螺旋桨激振力的变化规律,以及螺旋桨对潜艇表面压力场的影响。采用ACTRAN声学计算软件对艇桨一体的水动力噪声性能进行数值预报。[结果]计算结果表明:螺旋桨激振力的各个分量具有相同的脉动频率,脉动峰值以一阶叶频处为主,同时水平力脉动和垂直力脉动大于推力脉动;潜艇艏部、指挥台、艉翼及螺旋桨叶梢部位均存在局部高压区,这是水动力噪声的主要贡献点;艇桨一体的水动力噪声主要集中在低频段,随着频率的增加,其蝶形分布更加明显;与无桨全附体潜艇相比,带桨潜艇特征点的声压值急剧增加,对其辐射声场的影响较大。[结论]研究成果可为艇桨一体的螺旋桨设计提供参考建议。     

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。     

一种新型的船舶节能装置——桨前扇形整流鳍

七０八所开发的桨前扇形整流鳍（ＦＰＨＦＳ）是一种新型船舶水动力节能装置，由２至３片呈扇形分布的鳍翼组成，安装于桨前适当位置，改善螺旋桨的进流，提高推进效率。本文介绍长江１９４２ｋｗ双桨内河推船两型船采用本装置的模型试验和实船试航对比结果，实船试航结果证实模型试验预报的节能效果。加装本节能装置后Ｉ型船（带减速齿轮箱）推１３０００ｄｗｔ驳船航速１４ｋｍ／ｈ和１２ｋｍ／ｈ时节能效果分别为３．４％和６．４     

潜艇操纵水动力小波神经网络预报方法研究

针对潜艇操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在潜艇水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了潜艇艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报潜艇水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。在验证CFD预报艇体水动力有效的基础上,完成了样本水动力系数的CFD计算;通过对样本进行学习,完成了潜艇艇体操纵性水动力系数小波神经网络预报。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对潜艇水动力进行预报可以达到较高的精度。     

浅析排水式高速艇的阻力性能

排水式高速艇的阻力构成和变化规律与排水式船舶、滑行艇不同。文章基于模型试验和试验图谱分析了排水式高速艇的阻力特征,并研究了排水体积长度系数、棱形系数、方形系数等船型特征对该型船阻力性能的影响,从而为该类船舶的快速性设计提供一定的参考。     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

图谱设计在某近海船舵桨用导管螺旋桨的应用

应用图谱设计方法对某近海船舵桨用导管螺旋桨进行了设计,并进行了实船系柱推力性能预报.通过导管螺旋桨的敞水性能试验,得到了其敞水性能曲线,同时预报了该船在系柱状态下的实桨推力,最后与实船试航结果进行了对比,得出相关结论.     

肥大型船模操纵性水动力CFD预报的试验验证分析

肥大型船操纵性水动力的预报不仅是肥大型船操纵性设计多方案选型及优化的基础,而且是水面船操纵性水动力预报中的难点.文章探讨了CFD在肥大型船操纵性水动力预报方面的应用能力和预报精度,并进行了系列模型的CFD计算与验证分析,结果表明所建立的肥大型船操纵性水动力CFD数值预报方法具有良好的精度和普适性.     

“684“型快速性,耐波性兼优的高速交通艇

本文对设计对单体圆舭高速交通艇在快速性和适航性方面，提出了自己的设计思想和方法，经理论预报、船模试验和实船试航得到了证实，并将达到的性能与国际和国内同型艇作了比较。     

基于CFD技术的机桨匹配初步设计

针对传统机桨匹配设计的局限性,提出将计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术应用到机桨匹配初步设计计算中。应用Fluent软件计算螺旋桨性能参数,在一定进速系数范围内进行机桨匹配。运用CFD技术预报螺旋桨性能参数,结果表明试验值与预报值的吻合度较高,该CFD技术可应用到机桨匹配实际设计中。将CFD技术应用到机桨匹配初步设计中进行实例计算比较,结果表明该设计思路具有一定的可行性。     

潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究

采用求解RANS方程的数值计算方法,结合k-ε、RNGk-ε与k-ω三种湍流模型,预报了数值方法验证研究用美国DARPA潜艇模型SUBOFF与CSSRC潜艇模型SM-x的阻力与尾流场,并将计算结果与试验结果进行了对比和分析,验证了数值方法的可靠性.然后,利用数值计算手段,对6条潜艇模型的尾流场进行了比较分析,选出了一条桨盘面不均匀度系数最优的艇型,并对指挥台围壳与尾翼进行了加设弧形填角(填角与附体一体化)的设计,数值预报了填角对于尾流场的影响,从涡量角度探讨了填角处的流动机理,结果表明填角能够改善桨盘面的入流品质.对于"木"字型尾翼的尾流场也进行了数值模拟分析.数值优化手段的可行性得到了验证.     

螺旋桨诱导船体表面脉动压力预报的试验研究

研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报值随空气含量变化的规律及螺旋桨模型空泡形态随含气量变化的规律,并与实桨空泡对比分析;探索了脉动压力试验预报与实桨测量值最接近的空气含量控制准则;比较了螺旋桨模型在船模伴流场和修正后的伴流场中工作时,螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报值及螺旋桨模型空泡形态,与实船测量观察结果进行对比,并就伴流场修正对螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报的影响作了探讨;研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报值随桨模试验转速变化的规律。     

某集装箱船实船试航与模型试验的数据分析

以某集装箱船为研究对象,对5条姐妹船测试结果采用ISO 15016:2015方法进行风、浪、流等环境修正,将实船修正结果与该集装箱船模型预报结果进行数据分析。结果表明,在恶劣海洋环境下实船测试数据经修正后与模型预报结果有一定的差距,但在标准试航条件下所测得的结果与模型预报结果接近,说明该修正方法有一定的可信度,但与在标准试航条件下所测得的结果会存在一定差异,故在进行实船与模型相关分析时,还应以在标准试航条件下实船测得的结果为宜。     

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

波浪推进艇的集成电机推进器设计及航速预报

为了给现有的波浪推进无人艇研制辅助动力装置,对有桨轴型集成电机推进器进行了相关的设计,包括电机设计、水动力性能和桨叶结构强度计算.首先进行电机的设计和螺旋桨的选型,并通过流固耦合方法对集成电机推进器周围的流场和桨叶应力场进行了计算.然后使用Star ccm+重叠网格法计算了水翼抬离水面工况无人艇模型的静水阻力,并与拖曳试验结果进行比较,验证了CFD计算方法的可行性.最后使用体积力法替代螺旋桨的作用,对安装了首固定水平翼和一个集成电机推进器的波浪推进无人艇在静水和迎浪规则波中航行时的航速进行了预报.     

高原高速艇半浸桨双速比齿轮箱应用分析

针对高原环境下高速艇半浸桨的双速比齿轮箱选型问题,通过最大航速工况下的小减速比的选取,确定满足最大航速需求的半浸桨方案,根据半浸桨全浸状态下的水动力特性开展不同大减速比下低速起滑性能的比较,优选出低速起滑性能更优的大减速比方案。实船试航结果表明,双速比齿轮箱的应用成功解决了高原高速艇低速起滑的难点,双速比齿轮箱的选型方法可取。     

基于数值计算的调距桨桨叶强度校核方法

针对复杂的螺旋桨几何外形和载荷分布,为解决其强度校核问题,首先,采用单向流固耦合CFD方法和有限元方法对螺旋桨的结构强度进行计算分析,通过与文献推荐的安全系数进行比较,验证了该方法的合理性;然后,采用此方法对设计的调距桨在设计工况和系柱工况进行强度校核,同时与校核规范进行比较。结果表明,和现有的强度校核规范相比,此方法能提供更多的调距桨结构强度信息。该方法是先求解RANS方程来获取桨模表面的水动力压力系数,然后划分实桨的有限元模型,再把压力系数插值到有限元网格节点上计算得到实桨表面的水动力载荷,同时施加离心力,求解得到最大等效应力和应变,从而计算得到安全系数,可为调距桨的强度研究提供一种数值计算手段。