舰船推进电机及螺旋桨负载模拟系统研究

当前舰船电力推进替代传统的柴油机推进已成为发展趋势,本文介绍了一种能同时模拟推进电机及螺旋桨负载特性的舰船电力推进模拟系统。首先设计了电力推进模拟系统,提出了它的控制策略;其次提出了模拟直流推进电机的设计依据,并进行了模拟直流推进电机的设计;然后介绍了2种模拟螺旋桨负载计算模型;进一步介绍了系统硬件和控制软件;最后用PSIM仿真软件和模拟装置对推进电机和螺旋桨负载在各种工况下的特性进行对比实验。实验结果表明,上述电机设计方法和系统控制策略是正确的,该电力推进模拟系统能可靠运行。     

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。     

空泡螺旋桨升力面理论设计方法

本文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在设计的第一阶段，基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的一元超空泡翼型性能，应用娄勃氏诱导因子方法升力线理论初步确定空泡螺旋浆的几何形状，如：桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等。然后，用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的几何形状和性能，并对设计桨进行 ，最后得到考虑了三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

斜流中快艇螺旋桨面空泡剥蚀的判断方法

一、前言判断实艇螺旋桨是否产生空泡剥蚀,这对设计者是一个尚待解决的重要课题。在这方面许多学者已从事了研究,文献[1]介绍了应用升力面理论和升力线理论来预测螺旋桨空泡的进展情况,但尚未发展到能在设计中应用的阶段。即使采用螺旋桨模型空泡筒试验,由于模型试验存在尺度效应影响和伴流模拟的不相似,仍难预测实船螺旋桨的剥蚀[2]。在设计阶段预测螺旋桨的剥蚀情况对快艇至为重要,因为剥蚀损坏是快艇螺旋桨损坏的主要原因,而面空泡剥蚀是快艇螺旋桨设计中尤需注意的问题。本文介绍一种设计中应用简便的半经验预     

螺旋桨负载模拟装置的可行性验证

针对螺旋桨模拟装置的可行性进行了仿真验证.建立了一个带螺旋桨负载的推进系统的数学模型;设计了船桨模型,并结合曲线拟合方法获得了相关数据曲线的函数.在Simulink环境下,建立了整个仿真系统,并进行了动态仿真.通过仿真,螺旋桨负载模拟装置的运行结果与实际的螺旋桨特性基本一致,确定了模拟装置可以模仿船舶推进系统的动态特性,同时仿真程序可为工程实践提供理论支持.     

船舶柴油机-调距桨控制系统的设计及仿真研究

推进系统是船舶的动力来源,决定了船舶的动力特性,随着海洋运输行业的迅猛发展,对船舶推进技术的要求也变得越来越高。为了提升船舶的动力特性,适应复杂的航行环境和货物负载,柴油机-可调螺距螺旋桨推进装置被成功研发出来,并获得了较大的装机量。柴油机-可调螺距螺旋桨推进装置可以根据船舶的负载、速度、载荷等工况调节螺旋桨的螺距角,改善推进作用力、推进效率和机动性,具有重要的市场应用价值。本文介绍了柴油机-可调螺距螺旋桨推进装置的结构与数学模型,设计了柴油机-可调螺距螺旋桨推进装置的控制系统,并采用AMESim软件对该控制系统进行仿真试验。     

基于动网格的螺旋桨空化数值模拟

利用Schnerr-sauer空化模型及RNG k-ε湍流模型,并采用动网格模型对DTMB4381螺旋桨进行空化数值模拟。在进速系数J=0.7,空泡数σ=3.5条件下,预报的空泡形态与公开发表试验及数值模拟结果吻合度较好。因此,利用该方法可以较好地预报空泡性能,为进一步研究螺旋桨空化问题打下基础。     

虚拟船舶-人机工程的有力工具

荷兰应用科学研究组织人机工程研究所已成功地采用了先进的动态ＶＥ系统为荷兰皇家海军解决了防空指挥舰舰桥的布置以及指挥观察方面的存在的问题。ＴＮＯ还开发了一种更加先进的原型系统，它可以舰艇的操作舱室进行交互的三维设计，并可作为应用范围将比以前的系统更加广泛的专门的人机工程工具。在荷兰皇家海军的要求下，ＴＮＯ－ＨＦＲＩ对该原型虚拟环境系统进行了评估。根据８个参试人员在虚拟舰桥上进行有关试验所取得的试验结     

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。     

超空泡流理论的应用(英文)

对于二元定常超空泡流可以化成Rieman-Hilbert混合边值问题用奇异积分方程的方法来求解。对三元空泡流问题由于速度图映射法不能应用,只能求助于数值解。 与高速水翼和超空泡螺旋桨的设计有关的水翼剖面超空泡绕流问题属于小扰动问题,作者在1964年和1966年已求得解答。在螺旋桨设计中应用二元超空泡水翼理论,尚需考虑翼栅效应。作者介绍了应用动量理论求解超空泡翼栅流。 在换算实验结果与理论计算时必须注意筒壁对空泡流的影响。作者列出其估算式。 近年来对空泡流问题获得相当大的进展,现有的二元及准二元自由流线理论可以成功地用来设计定常运行下的超空泡翼型、螺旋桨及水泵。但对于非定常超空泡流尚须进一步研究。     

螺旋桨非定常片空泡CFD数值方法研究

应用雷诺平均的N-S方程结合改进VOF空化模型模拟了螺旋桨非定常片空泡。应用全六面体网格对螺旋桨模型计算域进行了网格划分,数值计算中通过计算螺旋桨敞水性能对计算方法进行了验证。应用SST-SAS湍流模型及修正的VOF空化模型模拟了HG01螺旋桨非定常片空泡,该数值方法对螺旋桨片空泡的发展过程和形状与实验结果吻合良好。     

简化伴流中螺旋桨空泡性能数值模拟方法

为实现船后螺旋桨空泡性能的快速预报,简化伴流,采用RANS数值模拟方法,结合SST k-ω湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的空泡输运模型进行螺旋桨空泡性能数值模拟。提取船后标称伴流作为简化伴流方法的入流边界条件,获得空泡形态随桨叶旋转角度的变化特征及空泡诱导脉动压力特征,与船后螺旋桨空泡预报结果及试验结果进行对比分析,均能吻合较好,采用简化伴流方法开展螺旋桨空泡性能预报,可以快速可靠地获得船后螺旋桨空泡性能,提高螺旋桨空泡性能预报效率。     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。     

螺旋桨片状空泡的CFD分析

基于RANS求解器采用非结构化网格对螺旋桨敞水性能和空泡性能进行了数值模拟,主要研究了不可压缩性气体质量分数对螺旋桨片空泡预报结果的影响,空泡模型采用基于输运方程的完整空化模型,预报的敞水性能与试验值吻合较好,预报的空泡形态与文献结果及公开发表的试验结果相一致。这表明,用该方法预报螺旋桨空化性能是可行的,为以后进一步研究螺旋桨空泡打下了基础。     

斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角，船舶在水面航行时，螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性，论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究，并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明，数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可靠性。     

大侧斜可调螺距螺旋桨

本文论述了大侧斜可调螺距螺旋桨的设计与试验。近几年来大侧斜可调螺距螺旋桨由于螺旋桨与船体伴流场间的相互作用而减小了螺旋桨的诱导振动,改善了转叶扭矩因而得到了显著的发展。作者所在的卡米华公司的船用试验室对大侧斜螺旋桨进行了广泛的研究,其中包括:螺旋桨流体动力特性的确定;在模拟船艉伴流场情况下,对空泡模型的观察以及对作用在船体上的螺旋桨诱导脉动力的测量;在模拟船艉伴流场的情况下,对不同工况测量了螺旋桨桨叶的动态力与力矩;在系统地改变进速比、空泡数、螺距比的情况下,测量了桨叶的转叶扭矩值并比较了常规叶型与大侧斜螺旋桨的各种参数。本文还介绍了进行上述试验所选用的仪器,并将试验结果以曲线形式给出。最后作者还对大侧斜可调螺距螺旋桨的设计和应用提出了一些建设性的意见并对大侧斜螺旋桨予以正确的评价。     

均流中PPTC螺旋桨梢涡空泡数值预报（英文）

文章采用Sauer空化模型,研究了网格类型和湍流模型对均流中螺旋桨梢涡空泡数值模拟的影响,研究表明,现有的空泡模型适合于螺旋桨梢涡空泡的数值模拟,其中梢涡空泡区域网格密度是关键,文中提出了一种合适的梢涡空泡区域网格加密方法。对PPTC螺旋桨全湿流和梢涡空泡进行了数值预报,螺旋桨梢涡空泡形态与试验结果进行了对比,并应用涡判据"Q准则"和"λ2准则"分析了梢涡与梢涡空泡的流动特征。全湿流中梢涡区域的涡量随周向的分布呈现单峰特性,最小涡量在涡心处,而空泡流中梢涡空泡区域的涡量随周向的分布呈现双峰特性,最小涡量不在涡心处。     

均流中PPTC螺旋桨梢涡空泡数值预报

文章采用Sauer空化模型,研究了网格类型和湍流模型对均流中螺旋桨梢涡空泡数值模拟的影响,研究表明,现有的空泡模型适合于螺旋桨梢涡空泡的数值模拟,其中梢涡空泡区域网格密度是关键,文中提出了一种合适的梢涡空泡区域网格加密方法.对PPTC螺旋桨全湿流和梢涡空泡进行了数值预报,螺旋桨梢涡空泡形态与试验结果进行了对比,并应用涡判据"Q准则"和"λ2准则"分析了梢涡与梢涡空泡的流动特征.全湿流中梢涡区域的涡量随周向的分布呈现单峰特性,最小涡量在涡心处,而空泡流中梢涡空泡区域的涡量随周向的分布呈现双峰特性,最小涡量不在涡心处.     

喷水推进器与螺旋桨混合推进系统应用分析

结合南非海军3 500 t轻型护卫舰采用的喷水推进器和螺旋桨混合推进的典型案例,分析喷水推进器和螺旋桨混合推进的特点。说明喷水推进器和螺旋桨混合推进系统与柴油机、燃气轮机的联合使用可以有效发挥不同原动机和不同推进器的优点,使得这种推进方式既满足快速性,又满足经济性、隐身性和机动性多方面的要求。