实船空泡性能试验研究进展综述

无论对于军用舰船还是商用船舶，在增加船舶功率和航速的同时对船舶舒适性和低噪声的要求也越来越高。为了保护海洋环境和海洋生物，对于船舶低噪声的要求也越来越强烈。空泡噪声是船舶的主要噪声源，为适应行业发展需求，相应的空泡研究也进入了新的阶段。在研究、设计、优化和检验船舶性能过程中，实船空泡试验研究是与理论计算、模型试验同样重要的组成部分；同时实船空泡试验还可以针对模型试验时无法模拟的工况进行空泡特性测量，譬如在海洋波浪环境下的空泡起始特性测量、在船舶打舵转弯工况下的空泡特性研究等等；另外，实船空泡试验可以比较快速、低成本地找出实船运行过程中出现的由空泡引起的异常振动和噪声等问题的根源，为制定解决问题的方案提供技术支撑。本文介绍了实船空泡试验研究的发展历史以及在过去十年间中国船舶科学研究中心建立的实船空泡性能试验技术，同时介绍了实船空泡性能试验技术及其在解决多型实船空泡引起的异常振动、噪声问题中的应用。     

支线集装箱船多工况综合性能优化

支线集装箱船具有航程短、运载情况复杂和航速多变等营运特点,因此对单个工况点进行船舶性能优化无法满足实际多工况营运中的综合节能降耗要求。针对该问题,以某支线集装箱船为例,从其实际营运概要出发,分别对3种线型设计、3种螺旋桨设计和3种舵叶设计进行多轮优化,并通过计算流体动力学(Computational Fluild Dynamics,CFD)分析和船模水池试验对其有效性进行对比验证。根据试验对比分析结果优选出船舶线型、螺旋桨和舵叶的优化组合,使船舶的主机平均营运功率、装箱量、服务航速和船舶能效设计指数(EnergyEfficiency Design Index, EEDI)都得到不同程度的优化,并在很大程度上提升船舶的效能,实现经济与环保的双重效益。     

Situation and prospects of shipboard integrated power system reconfiguration technology北大核心CSCD

当前,船舶综合电力系统(IPS)正朝着复杂化、模块化、自动化方向发展,研究快速、稳定、能够应对各种突发状况的船舶综合电力系统重构技术对保障船舶安全和可靠航行具有重要意义。首先,综述当前国内外在船舶综合电力系统重构技术方面的研究进展,讨论集中式重构和分布式重构的特点,并对数学优化算法、启发式算法、人工智能算法等进行归纳总结;然后,分析面对多重并发故障时重构技术所面临的困难与挑战,提出需重点关注混杂系统建模和分层分布式重构框架的建立;最后,从重构模型建立、算法优化、分布式架构等方面对未来船舶综合电力系统重构的发展提出设想和建议。     

舵空化的精细流场及其非定常水动力性能数值计算

[目的]为深入研究舵空化时的精细流场及其非定常水动力性能的相关规律,[方法]针对某型船的桨、舵模型进行建模,采用结构化网格、SST k-ω湍流模型和流体体积(VOF)方法对舵空泡进行计算。针对舵空泡问题进行实船观测试验,将舵空泡的计算结果与实船舵空泡的观测结果进行对比,验证数值方法的可靠性。对舵空泡的周期性变化进行探讨和分析,并基于空化和非空化2种状态对3种舵角下的舵空泡进行计算。[结果]结果显示,当空化范围较小时,空化对舵力时均值的影响较小,随着空化范围的增加,空化对舵力时均值的影响明显变大,尤其是舵效显著降低;一旦发生空化,舵非定常力的脉动幅值将大幅增加,且空化范围越大,舵非定常力的脉动幅值越大。[结论]研究结果可为评估空化发生后舵的水动力性能及舵的优化设计提供技术支撑。     

半悬挂舵空化及其对非定常力的影响研究

为深入研究空化后半悬挂舵非定常水动力性能的相关规律,采用结构化网格、DES湍流模型和VOF方法对某大型舰船的半悬挂舵空泡进行计算。探讨和分析舵空泡的周期性变化,同时简要分析半悬挂舵的间隙空化及端部空化产生的原因。基于空化和非空化2种状态对3个不同舵角下的舵空泡进行计算,总结了舵横向力、舵轴扭矩等非定常力的规律。结果表明：当空化区域较小时,空化对舵非定常力几乎没有影响,随着空化区域的增大,舵效显著降低;空化发生后,舵非定常力的脉动幅值将急剧增大,且空化区域越大,舵非定常力的脉动幅值越大。该研究结果可为评估空化状态下半悬挂舵的水动力性能及对舵进行优化设计提供技术支撑。     

全结构网络技术在螺旋桨水动力性能预报中的应用

螺旋桨是船舶动力系统的重要组成部分,随着船舶逐渐向着高速化、大载重方向发展,对船舶的动力性能有了更高的要求,也对螺旋桨的推进效率、噪声性能等有了更高的要求。在船舶螺旋桨的设计和优化过程中,计算流体力学CFD发挥了非常重要的作用,包括螺旋桨水动力性能分析、空泡特征预测等。本文主要研究了船舶螺旋桨的运动模型和水动力方程,在此基础上采用了全结构网络技术对螺旋桨模型进行网格划分,并对螺旋桨的水动力性能进行了基于软件Fluent的性能仿真和预报。     

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。     

直尾舵的水动力性能分析研究

船舶操纵性主要通过性能优良的舵保证。研究开发性能优良的舵型,改善舵的水动力性能,对提高船舶操纵性十分重要。通过研究,本文提出一种新型实用的直尾舵,它是在普通流线型舵的后缘加装一块平直的尾板而成,称之为直尾板。基于CFD软件Fluent计算了舵球舵、制流板舵、鱼尾舵和直尾舵的水动力性能系数,并对比分析了直尾舵的水动力性能优缺点。相比舵球舵和制流板舵,直尾舵的正车水动力性能有较大幅度的提高,比鱼尾舵的水动力性能略差。但是,直尾舵的倒车性能优于鱼尾舵和制流板舵。因此,直尾舵属于正车、倒车水动力综合性能最好的组合舵。     

直尾舵的水动力性能分析研究

船舶操纵性主要通过性能优良的舵保证.研究开发性能优良的舵型,改善舵的水动力性能,对提高船舶操纵性十分重要.通过研究,本文提出一种新型实用的直尾舵,它是在普通流线型舵的后缘加装一块平直的尾板而成,称之为直尾板.基于CFD软件Fluent计算了舵球舵、制流板舵、鱼尾舵和直尾舵的水动力性能系数,并对比分析了直尾舵的水动力性能优缺点.相比舵球舵和制流板舵,直尾舵的正车水动力性能有较大幅度的提高,比鱼尾舵的水动力性能略差.但是,直尾舵的倒车性能优于鱼尾舵和制流板舵.因此,直尾舵属于正车、倒车水动力综合性能最好的组合舵.     

高效扭曲舵的水动力特性数值分析

传统船舵在船舶螺旋桨流程的影响下会产生空泡效应,造成船舵结构的损坏和转向功率的下降,造成船舶运营成本的提高。为了解决这一问题,行业内针对高效扭曲舵的研究成为一项热点。不同于传统舵,扭矩舵具有更好的水动力特性,能够克服船舶螺旋桨的尾流影响。本文的研究方向是对高效扭曲舵的水动力学特性进行理论分析和仿真,实现扭曲舵的最优参数设计,对于改善现有船舵的性能有一定的指导意义。     

降低船体振动的桨舵偏置设计方案

采用比水面船舶常规桨舵配置多一只舵或少一二只舵，通过合理布置桨舵相对位置，以降低船舶的振动和噪声、提高船舶推进效率、提高船舵控制航向的性能。此方法特别对水面船舶设计有实用价值。     

大型双桨双舵船舶避碰优化操纵及控制研究

在近几年时间大型船舶研发与生产的发展进程之中,将大型双桨双舵的智能化控制系统的技术手段结合应用到船舶避碰优化的研究方案之中,逐渐受到同领域科技研发人员的高度重视。本文在简单叙述大型双桨双舵船舶避碰优化操纵以及实际控制研究现状的基础之上,将能够帮助技术人员有效提升船舶避碰操控效率的方式和方法进行了详细的分析和论述,并通过数据信息的举例论证进行了补充。     

基于CFD方法的6500TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

舵的空泡腐蚀研究在船型优化设计和新船型开发中具有重要意义。文章以6 500 TEU集装箱船的NACA0021舵为研究对象,通过对船、桨、舵整体三维建模,运用CFD方法在3D计算域下对舵的非定常空化现象进行数值模拟,得到了与试验比较一致的结果。同时还对改善舵空蚀现象的措施进行了分析。研究表明,通过整体建模的数值模拟方法对舵空泡性能进行预测研究,其结果是合理可信的。     

基于多目标粒子群算法的翼剖面优化设计

船舶桨舵等装置均有水翼剖面组成,为了得到水动力性能更好的桨舵装置,需要对水翼进行优化设计。基于iSIGHT优化平台,采用粒子群优化算法,以保证水翼剖面升阻比和改善水翼表面压力分布为优化目标,进行多目标水翼优化。通过改变水翼剖面的拱度分布和厚度分布进行优化设计。优化后得到的最优剖面相对于原始剖面,明显增加了剖面的最小压力系数,并适当提高了升阻比,从而提高了水翼剖面的空泡性能和升力性能。因此,验证了利用多目标粒子群算法进行翼型优化设计的可行性。     

面向智能航行的船舶自动舵研究最新动向

<正>当前,智能航行已成为船舶制造与航运领域的必然趋势。作为时代变革的核心特征之一,智能化与传统船舶制造与航运方式开始融合。在这一大背景下,中国船级社率先在全球发布了《智能船舶规范》,为智能航行船舶自动舵开发提供了重要依据。本文面向智能航行中的船舶自动舵系统,系统阐述了船舶自动舵的研究历程,评估和总结船舶自动舵技术的现状,以及探讨该技术的未来发展趋势。     

组合导航系统的现状和未来

以船舶操纵运动建模、综合导航及控制等方面的研制为基础,结合文献资料,综合阐述了组合导航技术的研究现状,对组合导航技术的未来发展提出了看法。     

高性能船舶船型研究进展

本文就国内外高性能船舶的船型、技术性能与用途的现状和今后的研究进展作了综合的评述。     

舶舵鳍联合控制的综述

船舶舵鳍联合控制是在鳍减摇和舵减摇基础上发展起来的一种减摇方式,也是船舶减摇控制领域的一个重要研究课题,它能在克服鳍减摇和舵减摇缺点的同时提高减摇效果,通过对舵鳍联合控制的研究情况的综述和总结,概述了舵鳍联合控制的优点及发展过程,并根据国内外现有的研究情况,分析和讨论了舵鳍联合控制的发展趋势。     

船舶柴油机缸套/活塞环材料及其磨损控制研究进展

作为船舶柴油机的关键摩擦副,缸套/活塞环的性能直接影响船舶柴油机的整机性能、服役寿命、可靠性等。因此,开展缸套/活塞环磨损机理及磨损控制技术研究,有望在提升船舶节能减排、增强船舶运营可靠性和优化船舶经济效益等方面发挥重要作用。从缸套/活塞环材料发展、缸套/活塞环表面纹理技术、润滑油的润滑改性技术以及缸套/活塞环磨损状态监测技术4方面出发,详细总结了船舶柴油机缸套/活塞环材料及其磨损控制技术的研究进展,分析了各种技术的发展现状、应用优势和未来展望,可为从事船舶柴油机缸套/活塞环磨损控制技术研究的科研人员和工程技术人员提供参考。     

高性能船舶设计制造技术在实船上的应用

通过对高性能船需求提出、设计参与、全程监造和多年使用等工作,分析高性能船、特种试验装备较常规船在船型、性能、使用功能方面的优势,经与国外同类型船舶综合比较,找到国内外在该领域技术差距,为我国后续同类型船舶研发提供参考。