螺旋桨随边削边振动特性预报软件开发

由于螺旋桨几何曲面复杂,为实现随边削边几何建模与振动分析功能,该文开发了一款通用的螺旋桨随边削边振动特性快速预报软件。采用有限元法、基于QT平台,结合MATLAB程序语言与ANSYS模块功能完成了螺旋桨随边削边振动分析软件的开发。基于该软件,对4383桨前五阶固有频率数值进行了求解与分析,结合参考文献数据发现相对误差均在5%以内,证明该软件程序和计算结果的正确性。该软件使用方便、运算快速,具有良好的工程应用价值,为实现螺旋桨随边削边后船-机-桨合适匹配提供了新的分析途径。     

应用螺旋桨削边技术减轻老旧船的主机负荷

螺旋桨削边技术对改善老旧船的船—机—桨匹配具有显著作用,通常对螺旋桨削边设计采用半理论半经验的近似估算方法,确定螺旋桨直径与随边的切割量。数十艘实船改造结果表明,采用螺旋桨削边技术可以使主机负荷减轻,工况改善,对提高主机的使用安全和延长主机的寿命极为有利本文将就螺旋桨削边技术的实际情况展开论述。     

螺旋桨直径削边振动分析软件开发

为研究螺旋桨直径削边各关键参数对振动特性的影响，开发螺旋桨直径削边振动分析软件。利用有限元理论，基于Qt平台，结合MATLAB与ANSYS相关模块混合编程完成开发。以4382桨为例进行模态频率的数值预报，并与文献结果对比，误差不超过6.0%，证明该软件的程序和计算结果可信。该软件可为确定船-机-桨匹配下的振动特性最优的螺旋桨直径削边方案提供理论指导，具有良好的工程应用价值。     

导管螺旋桨削边研究和实践

常规螺旋桨应用削边技术进行船—机—桨的匹配已经十分成熟和广泛。但关于导管螺旋桨应用削边技术进行旧船的船—机—桨的重新匹配的实践较少。文章应用螺旋桨削边技术对导管螺旋桨进行削边,并取得了成功。     

螺旋桨随边切割工艺研究

文章针对某船螺旋桨随边切割改造的实际工程,简述了船机桨匹配理论,并对具体工艺进行论述,为此类修理改造工程提供了参考。     

螺旋桨水动力性能CFD预报中预处理的程式化实现

以DTMB4383大侧斜桨为例,立足于桨叶真实叶尖几何,详细阐述了螺旋桨水动力性能CFD计算过程中的桨叶几何和单通道域几何建模及其六面体结构化网格划分的程式化实现过程。程式化生成网格的适用性由DTMB4119桨、NSRDC4381和4383桨的无空化和空化水动力性能预报给予了验证。生成网格时考虑了网格类型、拓扑结构、网格密度和节点空间分布规律对计算精度的影响,可生成性能优越的命令流样本,保证CFD预报的精度。通过对命令行的编译操作,可以实现螺旋桨六面体网格高质量划分的快速操作,缩短CFD计算的预处理时间,扩大其工程应用。     

侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响

由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形。基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋桨瞬态单向的耦合分析。以DTMB 4381,DTMB 4382和DTMB 4383桨为研究对象,对艇后螺旋桨的水动力特性及桨叶的变形等进行数值模拟。结果表明:随着螺旋桨侧斜角的增加,脉动推力振荡明显减弱,桨叶最大变形量增加,但桨叶振动明显减弱。     

空间不均匀流场诱发螺旋桨振动的实验研究

[目的]为获得空间不均匀流场诱发的螺旋桨振动随其固有频率的变化关系,进行实验研究。[方法]实验获得两种几何外形相同而材料不同的七叶大侧斜螺旋桨在不同工况下的动应变。实验中的空间非均匀流场由螺旋桨上游400 mm处布置的4阶或6阶尾流窗产生。在尾流窗下游100 mm处布置激光多普勒测试系统,测得流场的轴向速度分布。利用贴在桨叶不同位置的应变片测试系统测得桨叶振动应变。[结果]获得了桨叶振动随螺旋桨转速与尾流窗变化的规律,在均匀来流条件、4阶和6阶不均匀来流条件下,动应变频谱的最大峰值分别出现在轴频、4倍轴频和6倍轴频处。明确了非均匀流场激励下桨叶固有模态对其振动响应的影响,当6倍轴频激励力的频率与塑料桨的固有频率一致时发生共振,桨叶振动的幅度最大。[结论]本研究表明设计人员设计螺旋桨时,除关注其水动力性能外,应考虑其固有频率的影响。     

螺旋桨随边切割的试验研究和理论计算

根据KMM型号螺旋桨随边切割的试验结果,分析切割量对螺旋桨敞水性能的影响,并以图谱形式给出KMM型号螺旋桨转速的相对改变量与切割量之间的关系。应用升力面方法理论计算螺旋桨切割前后的敞水性能,与试验值的比较表明计算值误差在可接受的范围内。     

以修整螺旋桨随边达到机桨合理匹配一例

切割螺旋桨随边,并按一定的修铲工艺要求,使随边尾翘,可以有效地减少螺旋桨的水动力螺距,变重负荷浆为轻负荷桨,达到船机桨的合理匹配.本文介绍一艘万吨级多用途船,因船模试验提供的伴流值误差太大,试航未达到预期的船机桨匹配要求,而在交船前进行随边切割的实例.     

采用螺旋桨削边技术解决增压器喘振的探讨与实践

增压器喘振现象是船舶的常见故障,导致增压器喘振的原因很复杂。由于船-机-桨的不匹配而导致增压器喘振可以采用螺旋桨削边技术使船-机-桨重新匹配,从而解决增压器喘振现象。     

平衡侧斜和偏侧斜对船舶螺旋桨水动力性能的影响

为了改善船舶螺旋桨在中高载荷下由于吸力面局部压力过低造成空化的现象,提出通过改变螺旋桨的侧斜方式和侧斜角度来改善螺旋桨吸力面的压力分布,从而改善桨叶的空化形态的方法.以DTMB P4119桨为原型改变其侧斜方式和侧斜角度,新构造了7个螺旋桨,并基于k-ω SST湍流模型和混合网格方法对新构桨进行敞水数值计算.结果表明:对偏侧斜桨,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数增加,敞水效率略有降低.而对于平衡侧斜桨,在低进速下,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数和敞水效率降低;中低进速下平衡侧斜桨和偏侧斜桨的敞水效率相当,中高进速下,平衡侧斜桨的敞水效率高于偏侧斜桨;桨叶吸力面的低压区随侧斜角度的增加而变得狭长,有利于削弱片空化.     

实尺度螺旋桨抗唱音削边对梢涡空泡起始影响试验研究

修削桨叶是预防实船螺旋桨唱音发生较为常用的手段.为了研究抗唱音削边对实桨梢涡空泡性能的影响,以实尺度螺旋桨梢部的局部模型(0.9R～1.0R)为研究对象,采用不同梢部加工工艺制作模型,在高速空泡水筒中观测梢涡空泡起始和形态.试验结果表明,合适的抗唱音削边处理有助于改善梢涡空泡性能.自动削边和手动削边二者效果相当,但手工...     

旧船舶主机降速运行的情况下对螺旋桨的改进设计

主机降速运行后引起燃烧恶化,导致柴油机维修费用提高．设计小型号的螺旋桨或采用螺旋桨随边切割技术,可以改善机桨匹配,从而更好地发挥柴油机功率和提高其经济性．     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r kbench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析。在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别。计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略。     

考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究

基于STAR CCM+和ABAQUS软件,运用平均雷诺方程和SST k-ω湍流模型,建立一种基于流固耦合、可有效预报全浸螺旋桨水动力特性的数值计算方法。以标准模型DTMB P4381为网格验证对象,并对不同桨毂形状下的DTMB P4381水动力特性进行双向流固耦合计算,探讨圆柱形桨毂与球形桨毂对该无侧斜桨性能影响及作用机理。结果表明:考虑流固耦合作用能更准确预报螺旋桨水动力性能;桨毂形状对桨叶根部的流动影响明显,对桨叶表面压力分布的影响可延伸至0.5倍半径处,并且该影响随着进速系数的增大而增大。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r k-bench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析.在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别.计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略.     

弹性螺旋桨流固耦合振动特性分析

[目的]研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。[方法]基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Workbench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。[结果]流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%～37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。[结论]所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。     

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。