不均匀流场中串列螺旋桨的空泡、激振力分析

本文基于普通螺旋桨的准定常理论和有关空泡、激振力的理论,发展了不均匀流场中串列螺旋桨空泡、激振力的一个计算方法。主要内容包括:Sasajima加权平均对周向不均匀流场的处理;计及前桨尾流收缩影响的串列螺旋桨正问题计算;轴承力和表面力的谐调分析;前、后桨一对叶片推力偏心的计算和推力、扭矩脉动的谐调分析计算;前、后桨叶剖面空泡长度和面积计算;前、后桨对空间一场点脉动压力的计算。本文还计算了同一伴流场中负荷相同,但叶错角和前、后桨螺距匹配情况不同的串列螺旋桨空泡长度。结果表明:不同的叶错角和不同的螺距匹配对串列旋桨的空泡长度有明显的影响。本方法对不均匀流场中串列螺旋桨的设计以减少激振力有一定的实际意义。     

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。     

不均匀流场中非空泡螺旋桨诱发的脉动压力场计算(英文)

本文介绍了一种基于升力线理论考虑升力面修正的准定常处理方法及相应的计算程序。应用此方法,可计算不均匀流场中非空泡螺旋桨一系列水动力性能的周向径向分布;脉动轴承力的各阶幅值及相位分布可以得解;由叶片厚度、叶片动态及静态负荷所诱发的自由空间脉动压力场利用源汇分布及压力偶极子分布亦可得解;数值计算表明该方法所计算的敞水性能及脉动轴承力与试验结果吻合良好。本方法可用于螺旋桨在均匀及不均匀流场中的性能预估及脉动轴承力六分力的理论预测,亦可用于进行非空泡螺旋桨在不均匀流场中诱发的自由空间脉动压力场计算。另外,本方法还可用于计算不均匀伴流场中各切面遭遇的脉动攻角及相应空泡数,以之作为输入数据可进一步依理论计算片空泡的几何形状,是空泡螺旋桨激振力计算的重要基础。     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源。潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动。目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法。在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义。     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源.潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动.目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法.在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义.     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象,在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场,通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态,并与实桨对比,就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

潜艇伴流场对螺旋桨激振力的影响北大核心CSCD

[目的]潜艇附体结构会显著影响桨盘面处的伴流场,进而影响螺旋桨的激振力特性。掌握伴流场特性对激振力的影响规律有助于潜艇和螺旋桨低激振设计。[方法]基于Suboff潜艇模型和INSEAN E1619螺旋桨,采用RANS方法对不同附体伴流场下艇后螺旋桨的激振力进行数值模拟,并使用谐调分析方法对桨盘面处伴流场进行定量表征,然后再结合螺旋桨瞬态流场的分布特性,揭示线谱激振力的产生机理。[结果]结果显示,伴流场谐调分量各阶数的分布情况与单叶片激振力线谱的分布一致,且单叶片激振力主频处的相对幅值与七叶片螺旋桨基本相等;周向对称的艉舵对伴流场谐调分量的影响主要集中在4阶和8阶,对七叶螺旋桨激振力的影响较小;围壳影响伴流场各阶的谐调分量,对七叶螺旋桨激振力起主要作用。[结论]艉舵对激振力的影响小于围壳,为改善螺旋桨激振力特性,应重点对潜艇围壳进行优化。     

某油船漩涡发生器的伴流场和激振力数值分析

某型苏伊士油船尾部流动分离明显,舭涡较强,桨盘面伴流均匀性较差.通过对该船尾部流场进行数值分析,开发、设计了漩涡发生器装置,以改善桨盘面伴流均匀性,降低船体尾部振动.对安装该装置前后的该油船的伴流、激振力性能进行对比计算,分析该装置的流场适配性,并进一步对船体尾部激振力数据进行傅立叶分析,验证该装置的减振效果.     

螺旋桨脉动压力的分析推算

以脉动压力为主的螺旋桨激振力在船舶振动响应计算中是一个重要的参数,但其值的确定却是一个比较复杂的问题。本文利用目前常用的螺旋桨脉动压力经验公式对某船的脉动压力进行了计算比较,并根据其总振动测试响应值,采用有限元方法对螺旋桨激振力进行了推算,获得了比较满意的结果。     

船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析

采用分离涡模型(DES)对伴流场中螺旋桨的轴承力进行数值计算,得到轴承力的时域值,通过傅里叶变换得到频域脉动值并分析了轴承力的频域特性。将桨叶表面压力脉动作为旋转偶极子声源,采用Virtual.Lab基于直接边界元方法计算了螺旋桨的无空泡噪声,分析了螺旋桨轴承力与噪声的关系以及噪声指向性。     

牺牲阳极布置对艏侧推非定常水动力的影响

出于防腐考虑,船舶侧推器槽道内常布置一定数量的合金块作为牺牲阳极,而其对侧推器水动力性能的影响常被忽略.采用数值模拟方法,从非均匀进流的角度对因牺牲阳极引起的船体异常振动案例进行分析,研究牺牲阳极的不同布置位置对系柱工况下侧推螺旋桨激振力的影响.结果表明,侧推器齿轮箱支柱2侧布置阳极块会导致螺旋桨遭受较大的轴向激振力,同时槽道内壁脉动压力幅值增大,.牺牲阳极宜在离桨盘面较远处的槽道内壁沿周向对称布置.为侧推器槽道内的牺牲阳极布置提供参考.     

带前置定子导管桨非定常力特性计算分析

本文采用数值求解RANS方程的方法对带前置定子导管桨进行了数值模拟,计算了非均匀来流下带前置定子导管桨的非定常力,研究了来流周期数和转定子叶数对带前置定子导管桨转子非定常力的影响规律.结果表明:转子的非定常力主要由转子的进流决定;转子的进流同时受到非均匀来流和定子叶片数的影响;高周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度要小于相同脉动幅度的低周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度;转定子叶数要适配以减小转子的非定常力.本文的研究结果可为低激振导管桨设计及其非定常力特性分析提供基础.     

冰块阻塞状态的螺旋桨空泡激振力特性分析

针对极地船舶在冰区航行时的冰水混合环境对螺旋桨性能影响,本文采用RANS方法对不同冰块阻塞和压力状态的螺旋桨非定常空泡和水动力性能进行数值模拟,分析了冰块阻塞状态对螺旋桨空泡激振力的影响规律。结果表明,冰块阻塞状态的螺旋桨水动力性能由冰桨逼近的流场阻塞和桨叶空泡效应共同决定,冰阻塞物下游产生的低速低压回流区可改变螺旋桨附近流场结构和压力场分布,加剧桨叶空泡形态的不规则和螺旋桨空泡激振力的时域非定常性。从频域上看,冰桨阻塞作用造成螺旋桨空泡激振力的高阶量显著上升,空泡激振频率向高阶次移动。     

螺旋桨诱导的船体表面力预报新方法

在已知船舶的质量、刚度、阻尼以及实测尾端振动速度的条件下,反推出螺旋桨叶频激振力.这是属于结构动力学的反问题即载荷识别问题.在深入研究国内外螺旋桨激振力计算方法以及综合分析影响螺旋桨激振力的各种要素后,采用载荷识别方法,提出计算空泡螺旋桨诱导的船体表面力的新公式,用该公式预报了四条船的表面力并与国外有关方法进行比较,预报的螺旋桨激振力与脉动压力值均在国外各公式预报值之间.用该公式预报的5.2万吨多用途货船的脉动压力值与空泡水筒中的实验值相比误差为21.8%;预报了30万吨超大型油船的激振力并由该激振力算出的尾端振动速度值与实测值相比误差仅为3.64%.     

可调螺距螺旋桨对振动负荷的设计考虑

本文就可调螺距螺旋桨在非均匀伴流场中受脉动力的影响进行了探讨:从设计角度出发分析了二种主要桨叶支承形式中的应力脉动情况及不同类型的船舶与振动负荷之间的联系;叙述了弯矩对平面轴承支承结构和径向轴承结构的影响及其在设计中的考虑;给出了理论计算与实船结果之间的比较。本文对大功率调距桨的壳部设计有一定的参考价值。     

船舶推进轴系振动对轴承承载特性的影响

本文以某实际船舶推进轴系为研究对象,计入螺旋桨激振力大小和频率的影响,获得推进轴系发生振动时径向滑动轴承的承载状态,推导了径向润滑轴承承载力及液膜刚度的计算表达式,分析了螺旋桨激振力引起的推进轴系振动对径向润滑轴承承载特性的影响。结果表明,螺旋桨激振力会导致径向润滑轴承承载力及液膜刚度产生周期性的波动,不同加载频率前提下轴承承载特性表现各异,且重载条件下轴承承载特性的波动更为明显,必须合理设计轴承以提高轴承的承载能力,进而保证整个推进轴系的运行稳定性。     

螺旋桨激振力(脉动压力)的测定方法

螺旋桨在不均匀伴流中操作引起的激振是船舶设计一个非常重要的因素。船的型式和大小为适应新的要求而产生的变化和主机功率的增加带来一系列麻烦的问题,如空泡、振动、噪音和腐蚀等等。为了解决这些问题,就要改进模型试验技术和确定激振的方法。这包括在水筒内模拟实船伴流,测定在空泡情况下的脉动压力,试验结果的表达及分析方法。最后介绍在NMI使用的一种估算螺旋桨激振水平的衡准方法。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

浅水效应对螺旋桨轴承力的影响分析

为了分析浅水条件对螺旋桨轴承力的影响,本文采用RANS方法和VOF模型,对计及自由液面的KCS船桨舵一体系统开展了不同吃水条件下螺旋桨非定常轴承力的数值预报分析。首先计算了深水(h/T=20)工况下的螺旋桨轴承力,通过与试验结果对比,验证了网格划分方法和计算方法的可行性。然后在此基础上进行了不同吃水工况下螺旋桨非定常力计算,监测发现螺旋桨非定常轴承力随时间周期性脉动,浅水条件下螺旋桨轴承力时均值明显大于深水工况。经快速傅里叶变换得到轴承力脉动幅值,分析得出:当h/T<3时,脉动幅值随水深增加迅速减小;当h/T>3时,水深变化对脉动幅值影响较小。