大型船可调桨推进装置机动工况分析不容忽视

论述主柴油机螺旋桨(FPP、CPP)推进特性的同时,结合螺旋桨推力系数(KP)、扭矩系数(Km)、随螺旋桨进程比,(λp)的变化情况,指出λp在大于某一定值后,螺旋桨将出现负推力和负转矩,这称为螺旋桨的水涡轮工况。此现象多发生在船舶机动作业的紧急换向工况中,对于CPP船若控制不慎,可能引发主机飞车或使船舶实际换向时间太长,两者都将延误船舶紧急避碰时机。现推荐一种"能耗法"的控制方法,可以有效地缩短船舶紧急换向实际时间,避免海难事故,保障航行安全。     

固定叶轮水动力性能数值分析

为研究螺旋桨后固定叶轮的节能效果,采用计算流体力学(CFD)方法对螺旋桨与固定叶轮进行仿真模拟。计算域划分为螺旋桨小域、叶轮小域、外部大域等3个区域,三者均采用结构网格。计算域整体为圆柱形区域,与螺旋桨同轴,靠近螺旋桨与叶轮区域网格加密,来流采用均匀流,分别改变进速系数、螺旋桨与叶轮距离以及叶轮叶数等参数,依计算结果选取最优解并按照加法原则划分并在计算过程中增减工况。分析认为:在距离为0.7D、进速系数1.0、叶轮叶数5叶时,节能效果最佳;同等情况下,效率较不加叶轮提高9.46%。     

螺旋桨敞水性能数值预报方法研究

针对E779A型螺旋桨和30.8万吨超级油轮(VLCC)螺旋桨进行敞水性能数值计算方法研究,考察了网格、计算域、压力离散格式等对数值计算的影响,并对收敛过程、结果进行了讨论、分析,使螺旋桨敞水性能计算流程进一步成熟,为进一步的螺旋桨水动力性能数值计算提供准备。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件CATIA建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学(CFD)原理,使用流体动力学软件Fluent对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用RANS方法结合RSM湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法(MRF)来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

基于多工况船舶的简易导管螺旋桨程序设计

介绍了使用VB语言编制的JD75及JD7704 Ka系列简易导管螺旋桨设计的程序.该程序根据多工况船舶螺旋桨选择设计工况的特点,提供了两种设计模式供用户选择,以此达到选择较佳设计工况的目的;引用AutoCAD对象库提供的方法帮助完成设计过程中的一些计算.     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

低负荷工况下调距桨的使用

调距桨装置可使螺旋桨在任何工况下都能吸收主机功率,但调距桨装置的使用并不是不受限制的,尤其是低负荷工况下的使用。不合理的使用调距桨装置(螺距和转速的匹配)可能会引起螺旋桨效率和空泡性能下降。本文以低负荷工况为常用工况的某型船为例介绍了调距桨装置的设计,对低负荷工况运行调距桨的设计具有参考和借鉴意义。     

螺旋桨梢涡流场的DES模拟（英文）

文章应用分离涡模型(DES)对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究。为准确模拟螺旋桨梢涡流场的信息,应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,通过迭代计算确定螺旋桨梢涡涡核的位置。为避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理。为了研究螺旋桨梢涡空间形态,文中采用涡核识别的"Q准则",对螺旋桨梢涡等值面进行定义。计算结果表明,该文建立的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场的分布及涡核形状,与实验测量结果相符。     

汽力装置回汽制动工况下螺旋桨变工况工作过程分析

针对蒸汽动力船舶回汽制动工况下螺旋桨转速经历了0转速状态,而采用传统的螺旋桨模型无法研究该状态的问题,通过对回汽制动工况中螺旋桨的典型动作过程进行分析,建立回汽制动工况中螺旋桨的变工况数学模型。基于Matlab-Simulink环境建立仿真模型,分析回汽制动工况下螺旋桨的动态运行状况,为回汽制动过程下螺旋桨的运行管理提供借鉴。仿真结果表明:在相同的航速下,倒车汽轮机回汽量越大,处于水轮机状态的螺旋桨所能达到的转速就越低;当对全速倒车的耗汽量实施回汽制动时,可以将96.8%最大航速以下的螺旋桨锁制。     

船用螺旋桨鸣音的研究

本文根据某船螺旋桨的噪声测量和激振试验结果,描述了螺旋桨鸣音的特点和产生鸣音的机理。 为了预报实桨的鸣音,按照作者提出的模拟条件,在空泡水筒中进行了模型试验。 文中还提出了几种消除鸣音的方法。经实船试验,证明这些方法是有效的。     

船用螺旋桨负载动态实验仿真装置研究

介绍了动态仿真船用螺旋桨负载的总体方案并给出了一种仿真装置。该装置能仿真螺旋桨在各种工况下的静、动态特性，为推进电机提供逼真的轴负载。装置的主体为转矩随动系统，其反馈转矩的测量采用了转矩传感器，文章以某深潜救生艇的螺旋桨负载为研究对象，建立了系统的数学模型，设计了转矩随动系统，利用设计的装置进行了综合仿真，仿真结果与负载实际响应接近。     

Ship underwater noise assessment by the acoustic analogy. Part I: nonlinear analysis of a marine propeller in a uniform flow

The aim of this work is to analyze the hydroacoustic behavior of a marine propeller through the acoustic analogy and to test the versatility and effectiveness of this approach in dealing with the many (and relatively unexplored) issues concerning the underwater noise and its numerical prediction. In particular, a propeller in a noncavitating open water condition is examined here by coupling a Reynolds averaged Navier–Stokes hydrodynamic solver to a hydroacoustic code implementing different resolution forms of the Ffowcs Williams–Hawkings (FWH) equation. The numerical results suggest that unlike the analogous aeronautical problem, where the role played by the nonlinear quadrupole sources is known to be relevant just at high transonic or supersonic regime, the pressure field underwater seems to be significantly affected by the flow nonlinearities, while the contribution from the linear terms (the thickness and loading noise components) is dominant only in a spatially very limited region. Then, contrary to popular belief and regardless of the low blade rotational speed, a reliable hydroacoustic analysis of a marine propeller cannot put aside the contribution of the nonlinear noise sources represented by the turbulence and vorticity three-dimensional fields and requires the computation of the FWH quadrupole source terms.     

船用螺旋桨噪声研究进展

船用螺旋桨位于船舶最末端,既是驱使船舶前进的一个重要部件,又是船舶航行中引起噪声问题的一个主要因素。文章概述了螺旋桨空泡噪声、螺旋桨无空泡噪声和螺旋桨鸣音产生的原理,详细介绍目前国内外对这3种螺旋桨噪声的研究现状,分析并归纳研究螺旋桨噪声采用的方法,指出未来研究船用螺旋桨噪声的方向。     

海洋异物接近对导管螺旋桨服役性能影响研究

螺旋桨是目前船舶及海洋装备重要推进装置,其工作可靠性及服役性能对我国海洋战略的实施具有非常重要的意义。复杂海洋环境下螺旋桨服役性能除受到风、浪、流等环境因素影响外,还受到周围其他海洋异物的影响,进而引起螺旋桨载荷特性发生突变。本文基于计算流体力学基础理论,建立导管螺旋桨水动力学数值仿真模型。将海洋异物接近过程简化为准定常过程,分析不同接近距离对导管桨水动力性能的影响。基于流固耦合理论,将水动力学载荷施加在桨叶表面,获得不同接近距离时桨叶应力、应变的变化特性。研究结果表明：海洋异物的接近会对导管桨水动力学特性产生较大的影响作用。当异物接近距离为0.01 m时,导管桨推力将增加11.74%,扭矩增加12.73%,桨叶最大应力值增加32.06%,最大形变量增加30.28%。本文研究工作对导管桨服役性能评估及疲劳寿命预测具有非常重要的参考意义。     

基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究

螺旋桨是一类复杂的自由曲面零件,根据螺旋桨的主要设计数据和叶切面的投影原理,以VC++和UG的二次开发工具UG/Open Grip为工具开发了船用螺旋桨的参数化建模系统。在此基础上,针对螺旋桨数控编程工作目前存在的问题,将知识工程技术引入螺旋桨的数控编程中,构建了螺旋桨的广义知识库和加工知识模板。运用知识推理进行螺旋桨的加工工艺决策;并且在UG的平台上,通过二次开发技术完成了船用螺旋桨的自动数控编程系统的开发,实现了船用螺旋桨CAD/CAM系统的集成化、自动化和智能化。     

Fatigue predictions for flexible marine propellers using FSI analysis considering Euler force in the rotating frame

Analysis of flexible marine propellers in terms of their structural response and stress is the key to accurate fatigue prediction. At present, finite element method (FEM) analyses of flexible propellers have been performed as a part of the fluid–structure interaction (FSI) analysis using a numerical method for the flexible structures, which is identical to that used for their rigid counterparts. In this study, the Euler force in a rotating frame is employed as an additional external force on the blades of the marine propeller during the FSI analysis. The Euler force is an inertial force component in the rotating frame due to angular acceleration. Acceleration of the rotating frame arises from large deformations of the propeller due to its flexible characteristics. The angular acceleration of the propeller is obtained for each time step, and the resulting Euler force is accounted for as a body force. The FSI analysis results are compared to experimental results in terms of the structural response, stress, and fatigue. It is clear that the Euler force has a major effect on the fatigue characteristics of the propeller because it amplifies the main response components. In conclusion, incorporating the Euler force in FSI analyses of flexible marine propellers is necessary for adequate prediction of the propeller fatigue.     

舰船液力偶合器稳态、动态性能研究

分析了舰船液力偶合器试验数据作为准稳态数学模型的基本数据源时的局限性，指出了人工神经网络方法解决该问题的具体思路。在给出了液力偶合器人工神经网络数学模型的具体表现形态后，文章着重介绍了液力偶合器对舰船推进系统动态特性的影响，它们是：①不同充液规律和充液率对液力偶合器接合过程动态特性的影响；②不同螺旋桨负载对液力偶合器接合过程动态特性的影响；③舰船正常加速过硅发动机下同加载速度对液力偶合器动态特性的影响。最后，文章介绍了正常航行(四机双桨)稳态工况时各柴油机转速下液力偶合器滑差的变化及其物理意义。     

船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究

基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序,利用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距及拱度的优化设计研究,并对设计结果进行粘流CFD计算验证。以某集装箱船螺旋桨为母型桨,保持其原有的径向负荷分布形式,指定不同的弦向负荷分布形式,采用上述方法进行螺距及拱度的优化设计(桨叶其它参数与母型桨相同)。CFD计算表明,通过指定适当的负荷弦向分布,可以在保证效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀,从而推迟桨叶空化。     

螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。