喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

建立考虑纵倾角及重心升沉等姿态变化的喷水推进三体船阻力数值计算方法,并与船模拖曳阻力试验进行对比,再开展船模自航试验的数值模拟,分析数值计算与模型试验的误差。通过数值模拟可以进一步得到喷水推进器上各部件的受力情况、泵的流量、扬程及其他流场信息,为研究船体与喷水推进装置的相互作用影响规律以及喷水推进与高速三体船的总体匹配设计提供参考。     

一种新型喷水推进操纵装置

本文介绍了一种用于喷水推进船舶的新型操纵装置。它具有两种结构形式,分别适用于单泵和双泵喷水推进船。这种操纵装置既可作为控制面来控制船舶的航向,又可作为倒航机构使船倒航,还可在不改变主机运转工况下无级调节船的航速。最后介绍了此种操纵装置的模型试验结果。试验表明该装置能有效地控制船舶正倒航的航向和调节船舶的航速。     

实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析

对于四泵推进的喷水推进船,在巡航工况时中间加速泵通常处于锁轴状态,其拖曳阻力的大小对喷水推进器的选型以及船泵机的最优匹配有着重要影响。然而,拖泵阻力很难通过船模试验的方法获得。为此,该研究在验证均匀和非均匀条件喷水推进器数值模型的准确性基础上,采用数值试验的方法对18节航速下某双泵推进喷水推进船的实尺度"船体+两台喷水推进器"系统带自由液面的流场进行了数值模拟,计算此时喷泵拖曳阻力及其所占船体阻力的百分比。以此喷泵拖曳阻力作为参考,对尺寸与上述喷水推进泵相近的某四泵推进喷水推进船的喷泵进行了选型和设计,并对该船在18节航速下加速泵拖曳阻力的大小进行了计算,进一步验证选型时拖曳阻力取值的合理性。为消除尺度效应的影响采用实尺度模型对"船体+四台喷水推进器"系统带自由液面的非定常流场进行计算,并探索了大尺度条件下船泵系统考虑自由液面和重力影响的非定常计算方法。     

自航条件下船泵耦合的喷水推进特性数值分析

为了研究喷水推进船航速及运动姿态对推进特性的影响,采用CFD方法,对不同航速和姿态下的一艘喷水推进三体船进行自航计算.研究发现,在不考虑姿态的变化时,随着喷水推进装置转速的提高,航速提高,喷水推进装置导叶通道内贴近吸力面一侧流动分离减轻,推进性能提高.当航速和转速不变,仅改变运动姿态时,随着艏倾的增大,喷水推进装置入口...     

New method for predicting full-scale power performance of pumpjet propulsion system based on statistical learning北大核心CSCD

[目的]针对“适配于螺旋桨的船尾线型+泵喷推进器”构成的船舶泵喷推进系统,提出一种基于统计学习的实船快速性预报新方法。[方法]以某大型水面船舶泵喷推进系统为对象,通过神经网络学习典型推进泵的推力系数图谱曲线,综合运用船-桨配合时的K_(T)-J曲线和船体-喷泵配合时的推力特性曲线,建立“仅需船舶阻力曲线就能实现船舶泵喷推进系统实船快速性预报”的新方法,并基于船模阻力试验、泵喷模型敞水试验及船体-泵喷自航试验的测量换算结果对实船推进性能的预报结果开展精度校验。[结果]校验结果表明:在航速18~30 kn范围内,船舶泵喷推进系统的自航转速、推力和功率的预报误差可控制在5.4%以内,其中设计航速附近的误差甚至小于2%;船体-泵喷的相互作用程度介于船-桨与船体-喷泵之间且幅值相对较小,推力减额系数为趋向于0的极小值,故船舶泵喷推进系统是介于桨轴推进系统和喷水推进系统之间的产物。[结论]该预报方法有利于提升船舶泵喷推进系统实船快速性预报的能力,可为新型舰艇泵类推进系统总体设计/研究提供参考。     

喷水推进船获流区流场数值模拟

喷水推进是一种特种推进技术，利用吸入与喷出水流的动量差产生推力。在考察船体对喷水推进系统的作用时，通常需要获取进水口前方获流区的动量通量。利用CFD方法对一艘喷水推进三体船模型的自航性能进行模拟，考察船体纵倾、升沉和自由面的影响。采用流量边界条件法对泵的喷射作用进行简化，可提高计算效率。通过流线确定获流区形状，考察获流区进流的动量、动能和边界层影响系数，并与模型试验结果进行比较。在此基础上，对某四泵喷水推进船获流区流场进行数值模拟，考察进速比和流道进口特征对获流区的影响，为四泵喷水推进船舶的设计提供支撑。     

船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析

研究船体与喷水推进装置的相互作用,探求喷水推进装置对船体自航因子的影响。通过提出船体与喷推相互作用的水动力仿真分析方法及仿真建模过程,从实船应用出发,进行了12.9 m铝制快速测量艇与武汉船用机械有限责任公司的喷水推进装置WDJ120的相互作用的实船仿真,结果表明,安装喷水推进装置的船体在自航状态下会产生较为明显的负的推力减额及正的伴流分数,从而有效地提高了船体效率,同时随着航速的增加,船体效率的提高更为明显。     

混合推进船舶"船-泵+桨-机"匹配方法研究

为提高混合推进船舶推进系统的性能,分析了"船-泵+桨-机"的匹配方法.介绍了"船-桨-机"与"船-泵-机"的匹配方法、思路与步骤,着重研究"船-泵+桨-机"匹配中的泵、桨负载分配对推进性能的影响.以调距桨特性曲线与喷水推进推力曲线进行混合推进舰船的快速性计算,螺旋桨重载降低推进效率,喷水推进重载容易产生空化.为避免喷水推进泵产生空化,调距桨的螺距、转速可调范围变窄.     

喷水推进船航速预报的动量通量试验技术发展现状

喷水推进是与中高速船舶相匹配的一种具有时代特征的先进推进方式,显著提高了船舶的快速性与操纵性,广泛应用于国内外高性能船舶。开展基于动量通量的试验技术研究,可有效提高喷水推进船舶航速预报精度,促进喷水推进技术快速发展与应用。本文在梳理喷水推进船模自航试验研究成果的基础上,分析了当今国际上喷水推进自航试验主流方法"动量通量法"的原理与关键技术以及应用状况,对航速预报精度有显著影响的流量、进出口动量通量的测量方法以及喷水推进装置对船体的作用等参数的测量方法进行了归纳,在此基础上针对国内外的差距,提出了我国发展相关技术的建议。     

多桨船船模自航试验推进因子分析方法探讨

针对多桨船螺旋桨间互相干扰的影响,通过对三桨船自航试验推进因子分析方法进行分析探讨,提出新的三桨及以上的多桨船船模自航试验方法和其推进因子分析方法.     

尺度效应对喷水推进系统进出口流场及推力影响分析

本文以喷水推进船为研究对象,采用数值计算方法计算不同缩尺比喷水推进系统的水动力性能。通过比较不同缩尺比喷水推进进出口的速度场和出口不均匀度,认为在缩尺比较大时,缩尺比对喷水推进进出口速度场影响较小。将模型尺度推力换算成实型推力时,引入无因次系数C,该系数会随着缩尺比的增加而不断增加。通过计算不同缩尺比喷水推进泵的C值,可以拟合出一条曲线,通过拟合出的曲线可以求出实泵的C值,最终可以将模型喷泵产生的推力通过相似换算得到实泵产生的推力。这对喷水推进装置的设计和喷水推进船的快速性预报具有重要的指导意义。     

喷水推进舰艇自航运动数值计算研究

喷水推进舰艇因具备快速性和高机动性等特点而备受国内外研究人员的关注,本文以T-CRAFT登陆模型艇为研究对象,在RANS计算框架下采用VOF方法和SST k-ω湍流模型对喷水推进舰艇的自航运动进行了数值计算研究,通过与静水阻力及单独喷泵试验结果进行对比,验证了该数值计算方法具有较高的计算精度。同时,开展了设计航速下“艇泵一体”的数值模拟,分析了喷水推进舰艇在设计航速下不同时刻波形云图及流场演化过程,对比分析了艇拖曳和自航下的阻力与姿态变化。研究结果表明：艇尾兴波左右两侧对称均匀,相比拖曳艇体自航阻力增加,纵倾角增加,吃水增加,艇体流线和喷口处流线整体均匀,在转子处存在微小漩涡;水流从转子入口流至喷口速度不均匀系数降低86%,在喷口处呈现较均匀状态,从叶片进口边到叶片出口边,叶片载荷先增大后减小。进一步分析表明,中间流线相对位置0.6～0.8处载荷较大,说明相比前半段叶片,后半段做功能力更强。     

喷水推进技术发展综述

该文针对喷水推进系统的控制体、推力表征、喷水推进与相互影响等基础理论研究,喷水推进泵、进口流道、操舵倒航机构、低噪声推进器等喷水推进系统的核心设计方法、相关仿真评估与试验验证手段,以及喷水推进装置在高速军、民船舶与两栖车辆三大领域的典型应用现状,进行了系统性论述。根据喷水推进技术特点以及其与现代技术发展的融合,提出了喷水推进与船体一体化系统设计、水动力设计从宏观走向微观、喷水推进数字化与智能化技术、集成电力驱动的喷水推进系统、面向隐身需求的喷水推进协调设计等喷水推进技术发展趋势。     

基于数值试验及实船试航的喷水推进器改型设计

采用基于雷诺时均法的SST湍流模型对"某轴流式喷水推进泵+进水流道+船体"系统进行数值计算,查找出了该喷水推进泵和进水流道设计存在的一些问题。依据该船体阻力、设计航速和主机功率等参数重新对该船喷水推进器进行选型,进而运用三元的方法对喷水推进泵进行设计,利用参数化设计的方法对流道进行设计。采用了数值试验的方法校核新设计的混流式喷水推进器流体动力性能,计算结果表明:新设计喷水推进泵和进水流道性能优异,并且能够较好地满足快速性指标。最后,对改进设计的喷水推进器进行了快速性预报和实船试航,试航结果表明新设计混流式喷水推进器推进航速超过设计航速9.4%,并且数值预报航速与试航结果误差为1.5%,这既验证了设计方法的有效性,也验证了所采用的数值模型的准确性。     

喷水推进泵空化性能数值模拟与试验验证

为研究喷水推进泵空化性能,采用计算流体力学(CFD)方法对自行设计的喷水推进泵内部空化流场进行了数值计算与分析。用六面体结构化网格对喷水推进泵的进流管道、叶轮、导叶体和出流管道进行网格划分;通过求解由SST湍流模型封闭的RANS方程计算得到喷水推进泵内部流场,计算得到的扬程、功率和效率特性曲线与试验结果吻合较好。文中还对多个流量的空化性能进行了数值预报,计算结果与试验数据在趋势上具有一致性;小流量工况的临界净正吸头与试验值误差较小,而大流量工况的临界净正吸头与试验值误差较大。研究结果表明:采用CFD方法预报喷水推进泵内部空化流场和空化性能是可行的,可作为喷水推进泵优化设计的有效途径。     

喷水推进船操纵性水动力导数影响的试验研究

采用数学模型进行船舶操纵性模拟是常用的方法，但喷水推进船航速高、回转时横倾大，还会出现侧滑现象，有必要开展操纵性水动力影响的研究。论文采用大振幅平面运动机构开展了高速单体喷水推进船的斜航、纯横荡和纯摇首运动的模型试验，在不同航速下对带有喷水推进的船体和裸船体进行水动力测试，分析了与上述运动相关的水动力导数。试验表明，高航速引起的船舶升沉和纵倾等运动姿态较大的变化以及喷水推进作用下船体产生的“虚尾”，使操纵性水动力导数受到很大影响。还发现该船在两个试验航速下都不具有航向稳定性，在总体设计时需要考虑初始尾倾，以消除喷水推进产生的不利影响，必要时需增加呆木或稳定鳍，用于改善航向稳定性。     

三桨船舶模自航试验的数据处理分析

三桨船船模自航试验时，由于三个螺旋桨之间会发生相互干扰，螺旋桨的负荷及克服的 船舶阻力也不尽相同；本对三桨船自航试验时各桨的推力减额及船的阻力分配问题进行了探讨；并对三桨船自航试验结果的数据处理分析方法作了探讨，提出应首先按螺旋桨的有效推力来分配各桨克服的船的阻力，再进行推进因子分解的数据分析方法。     

喷水推进船转弯过程中柴油机负荷变化规律的研究

建立了喷水推进船转弯过程推进系统的数学模型,研究了转弯过程中柴油机负荷的变化规律.这些规律包括:从直航过程到转弯过程柴油机负荷的变化;直航过程到转弯过程柴油机负荷的增幅随初始航速的变化规律;转弯过程中内侧泵、外侧泵对应的柴油机负荷变化的比较;分别用回转轨迹内侧泵和外侧泵转弯时柴油机负荷变化的比较.研究表明,喷水推进船转弯过程中柴油机的负荷变化幅度不大,一般不会超负荷;在选择转弯操纵策略时应把重点放在防止喷泵进入空泡穴蚀区的研究上.     

浸没式喷水推进自航试验及数值模拟

浸没式喷水推进器与船体高度融合,难以通过试验的方法测量推进器各部件受力,因此文中采用船模水池试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。该文首先开展了船模拖曳阻力试验,测量了船模阻力、纵倾角及重心升沉。然后开展船模自航试验,测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数据。基于CFX软件,对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。在四个不同航速下的数值模拟中,阻力计算误差在3.7%以内,轴推力计算误差在2.7%以内,轴力矩计算误差在4.6%以内,试验测量值和CFD预报值吻合较好。通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况,泵的流量、扬程及其它流场信息,克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。     

喷水推进船避免喷泵气蚀的仿真研究

为了解决喷水推进船在各种工况下,喷泵工作在气蚀区的问题,利用Simulink与MFC(Microsoft Foundation Class)集成的方法开发出了可用于制定喷水推进装置在回转、加速等工况下,避免喷泵在空化区运行的工作制的仿真程序.利用开发出的仿真程序对特定工况下的最大柴油机转速、最大喷泵转角以及最短加速时间做了仿真计算.该计算结果对喷水推进艇避免喷泵气蚀的操作规程有一定的参考价值.