不同偏心角摆线推进器水动力性能数值模拟

通过数值模拟对摆线推进器水动力性能进行研究.分析摆线推进器流场特性、瞬时荷载变化规律及转向性能.采用重叠网格与滑移网格方法相结合进行网格划分,选择合适的湍流模型计算摆线推进器水动力性能,并与试验值进行对比,验证数值模拟的有效性与准确性.通过数值模拟得到了进速系数与偏心率对摆线推进器水动力性能的影响规律和摆线推进器瞬时荷载变化规律.在此基础上,对偏心角不为0°的摆线推进器进行研究,获得了偏心角对摆线推进器推力的影响规律.结果表明,摆线推进器可以通过改变偏心率改变推力大小,在不改变旋转方向的情况下通过改变偏心角改变推力方向.进速系数为零时,摆线推进器产生合力方向与前进方向夹角等于偏心角;进速系数对摆线推进器合力大小和方向均会产生影响,进速系数越大,前进方向推力越小,合力角度与偏心角差值越大.

轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨性能优化方法

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影响。对比结果发现小孔径比对推进器敞水性能更为有利,其中0.1孔径比推进器比0.3孔径比推进器的敞水效率最大提升了3.25%。厚度反置导致轮缘驱动螺旋桨高半径处压力分布不均匀,扭矩大幅提升,敞水效率大幅降低。轮缘驱动螺旋桨的厚度越小,扭矩越低,敞水效率越高,其中方案C桨的扭矩比方案A最大降低了21.74%,敞水效率最大提升了12.9%。

典型推进器在高性能舰船中的应用

推进器是舰船实现航行的核心设备,而推进器的选择又是影响舰船战斗力的核心要素之一。该文以高性能舰船装备与技术发展为切入点,概述了典型推进器的发展现状,聚焦推进系统与舰船总体之间的相互关系,从舰船多工况变化、高航速、低噪声等要求对推进技术发展的影响,以及特种螺旋桨推进、喷水推进等推进器技术对舰船性能的提升这两方面进行系统分析。文中以某600 t执法平台与瑞典海军某舰艇为研究对象,基于实船和模型试验数据,对比了采用螺旋桨推进器和喷水推进器对舰船阻力性能、操纵性能和噪声的影响,并结合国内高性能舰船发展现状,面向舰船总体性能提升需要,展望了推进器技术的未来发展。

艉板式与浸没式喷水推进器尾迹脉动压力试验研究

喷水推进器的喷射流尾迹对船舶隐身特性造成不利影响,目前缺乏喷水推进船舶喷射流尾迹的测试方法及特性研究。本研究搭建了喷水推进船舶尾迹脉动压力测试试验台,分别对艉板式与浸没式推进器喷射流尾迹开展脉动压力测试,基于不同测点位置、不同航行状态下的尾迹脉动压力频谱结果,对比了艉板式喷水推进器和浸没式喷水推进器的尾迹频率与振幅特性,并基于HHT方法细致分析了航行状态下的喷射流尾迹发展规律。发现在靠近水面的浅水位置,相较浸没式推进器,艉板式推进器的喷射流入水显著增强尾迹强度和影响范围,而在深水位置,喷射流强度整体差异不大。此外,在航行状态下,由艉板式推进器喷射流引起的波浪强度也明显高于浸没式推进器,结论为浸没式喷水推进技术发展与推广应用奠定了基础。

螺旋桨空泡诱导的脉动压力信号处理方法

在空泡脉动压力试验中,通常先对不稳定空泡进行通气处理,确认空泡稳定之后再进行数据采集和处理,这会使模型尺度与实尺度空泡的形态、稳定性和脉动压力的时域特征产生差异,从而影响空泡脉动压力的预报精度。由此,开展脉动压力信号处理方法研究,降低空泡稳定性差异对脉动压力预报结果的影响。分别采用直接对压力时域信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)、对脉动压力信号进行时域平均之后做傅里叶变换(时域平均FFT)和对脉动压力信号进行傅里叶变换之后做频域平均(FFT频域平均)等3种方法对稳定和不稳定空泡诱导的脉动压力信号进行处理和分析,结果表明:对于稳定空泡,相比直接FFT方法,时域平均FFT方法和FFT频域平均方法能消除随机因素的干扰,2种方法的预报结果一致;对于不稳定空泡,时域平均FFT方法不再适用,FFT频域平均方法能较为准确地预报脉动压力幅值。

极地冰区船舶推进轴系齿轮研究

船舶的推进轴系是船舶的动力核心,齿轮是推进轴系的关键部件,齿轮的选型决定着推进轴系的设计成功与否。船舶在冰区运行时受到的冰载荷激励非常大,冰载荷传递到轴系上很容易导致齿轮失效,因此对齿轮的设计要求进一步提高。首先,介绍了冰区齿轮材料和类型的选型,弧齿锥齿轮强度高、耐磨性好,比较适合冰区推进轴系使用。接着,通过有限元仿真计算PC2冰区某推进轴系,加载冰区载荷谱到推进轴系上作为输入载荷,采用频域计算方法计算轴系扭转振动,先后做了自由振动的固定频率计算、强迫振动的扭矩计算、强迫振动的扭转应力计算,比较不同齿数的齿轮对轴系扭转振动的结果影响,最终选出合理性齿轮。最后,计算了第3组齿轮在冰区载荷工况下的疲劳寿命。

某型船调距桨偶发螺距失控故障原因分析

针对某型船调距桨偶发螺距失控故障案例,基于调距桨电气控制、液压系统工作原理,采用故障树的分析方法,列举可能存在的故障原因序列,逐一排查分析,确定真实原因。

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。

定子叶片对推进器水动力性能影响分析

为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学(CFD)对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结构推进器的水动力特性变化。结果表明:在研究的转速范围内前置定子最高降低扭矩百分比仅为48.71%,后置定子可完美平衡到100.99%的扭矩;前置定子降低推力幅度最大可达36.16%,后置定子提高整体推力最高为3.32%;对转推进器在推力方面远高于泵喷推进器2~4倍,且具有扭矩自平衡的效果,流场稳定性远低于泵喷;后置定子泵喷相比无定子推进器效率提高6.24%,且具有更加稳定的尾流场。

超大型矿砂船螺旋桨空泡剥蚀研究

为解决某超大型矿砂船螺旋桨梢部随边剥蚀问题,在中国船舶科学研究中心大型循环水槽中开展了全附体船舶带螺旋桨模型的空泡与脉动压力特性研究,确认了实船螺旋桨空泡剥蚀产生的原因,并基于产生剥蚀空泡的动态特征,设计了三种不同解决方案,期望改善矿砂船螺旋桨空泡运动行为,降低空泡剥蚀风险。试验结果表明:对原螺旋桨压力面导边0.6R~1.0R削边处理,可增加空泡体积与稳定性,明显改善原螺旋桨叶梢空泡动态行为,降低剥蚀风险;新设计的Eppler剖面螺旋桨,可产生无害的空泡形态,避免了空泡剥蚀的产生。

基于传质源项的水翼空蚀风险数值预报

随着舰船航速和吨位的不断提高及对推进效能要求的提升,船舶带空泡运行越来越常见,随之而来的空蚀危害也越来越受到人们的关注。然而,由于空蚀机理的复杂性,准确预报空蚀风险依然非常具有挑战性。本文以NACA 0009三维扭曲水翼为模型,首先采用大涡模拟方法对绕模型水翼空化流动的非定常特性进行数值模拟,并与高速摄影结果进行对比分析,结果表明,数值模拟较好地捕捉到了空化流动的非定常行为特征。然后在分析单空泡溃灭模型的基础上,提出当地压强、当地压强变化率及壁面累积能量三个预报水翼表面空蚀风险的参数。通过为三个参数确定阈值,可以获得空蚀风险区域及相对空蚀风险强度。采用基于传质源项的表达计算壁面累积能量大小,避免了差分格式误差。结果表明:预报的空蚀风险区域与试验结果吻合较好;其预报的最严重的空蚀风险区域处于片空化脱落区域,与试验结果亦吻合较好。

极地冰区吊舱推进器冰载荷特性研究

由于极地海洋环境的复杂多变,极地船舶在航行过程中所遭遇的冰条件也呈现出多种特征,冰区航行吊舱推进器在破冰航道工作容易导致破碎冰滑行到吊舱推进器附近的流场,改变了吊舱推进器的流场不均匀性,进而导致螺旋桨上的脉动压力产生变化。同时由于破碎冰的存在,吊舱推进器需要在低转速高推力下工作。本文研究冰区吊舱推进器在冰载荷下的特性。

仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景 ,对金枪鱼的月牙形尾鳍进行水动力分析。文中将金枪鱼的尾鳍处理为在做横移和摇摆的耦合运动的同时 ,以某一匀速向前运动的月牙形刚性尾翼。计算中应用了双曲面元和压力库塔条件 ,利用面元法计算分析该三维尾翼的非定常水动力性能。探讨了前进速度、横荡和摇首的幅度。

高速滑行艇在规则波中的纵向运动数值研究

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳跃和不规则跳跃3种运动形式。对3种运动形式发生的条件,即波长、波高和航速进行了研究,得到运动发生的条件区间,并分析了跳跃的发生对纵向运动幅度规律的影响。计算结果表明,规则跳跃和不规则跳跃的发生均会改变无量纲化纵向运动幅值随波高的变化规律。其中,不规则跳跃对滑行艇运动幅值的影响较规则运动更为强烈。

吊舱对螺旋桨水动力性能的影响

基于单桨式吊舱推进器定常水动力性能的理论计算方法及试验 ,探讨了吊舱对螺旋桨水动力性能的影响 .性能理论计算中螺旋桨采用升力面理论涡格法 ,吊舱采用面元法 ,对螺旋桨与吊舱的相互影响进行了时间平均及迭代处理 .通过计算分析了吊舱对桨叶载荷分布的影响 ,以及吊舱引起的伴流分布特性 .

导管螺旋桨敞水性能的预报和比较

借助于计算流体力学软件,对导管螺旋桨的敞水性能进行了数值模拟,得到了在不同网格模型和湍流模型下导管螺旋桨的正车敞水性能曲线,通过与试验图谱的对比分析,发现Wilcoxk-ω模型更适合于导管螺旋桨的敞水性能计算,并且采用结构化网格和非结构化网格相结合的计算方法能够满足导管螺旋桨敞水性能预报的工程精度要求。同时,当网格中存在少量高度倾斜的网格单元时,在不影响计算收敛的情况下,仍能将计算误差控制在10%以内。此外,如果要获得更为精确的计算结果,应提高网格质量,尽量使用结构化网格,并将近壁面网格加密,合理控制壁面附近的Y+值。虽然网格数量的增加并不总是意味着计算误差的减少,但合理控制网格细密度能够获得更为可信的计算结果。

使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算分析

船舶性能CFD计算领域有必要尽快形成螺旋桨敞水性能CFD计算的快速预报能力,以快速响应用户的需求,使CFD成为螺旋桨设计的手段之一,并利用这一手段,发挥CFD计算结果信息量大的特点,对螺旋桨进行相关的性能考察计算。文章介绍了中国船舶及海洋工程设计研究院利用Fluent软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某船所使用的侧斜反弯扭桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较,文中还介绍了对此桨的性能情况所进行的一些数值计算考察。

三体槽道滑行艇阻力模型试验研究

为准确评估三体槽道滑行艇的水动力性能,研究该船型的阻力特性和船型特征,对该船型进行了阻力模型试验研究.在不同排水量和重心纵向位置处进行多次拖曳阻力试验,监测其阻力值、重心升沉和纵倾角,研究了重心位置和排水量对该船型阻力性能的影响.试验结果表明:该三体槽道滑行艇有较高的承载能力且具备独特的阻力特性,当航速持续增大越过高速阻力峰时,由于气动力与水动力综合作用船体被抬升,吃水减小导致阻力值发生明显回落,且阻力峰出现的航速与重心纵向位置和排水量大小均相关.

导管螺旋桨定常性能理论计算

建立了计算导管螺旋桨在均流中的定常水动力性能的数值方法，螺旋桨用涡格法、导管用面元法分别计算，两者的相互影响则通过迭代计算加以考虑．为了减少计算量，螺旋桨对导管的诱导速度采用周向平均值，从而使导管周围的非定常流动简化为定常轴对称流动．应用本法对ＪＤ简易导管桨系列进行了计算，数值结果与试验数据吻合良好．

补偿导流管技术应用于双尾鳍船型的研究

在分析双尾鳍船型尾部伴流场的基础上 ,采用补偿导流技术对“西江 30 0 0t级江海直达集装箱船”进行模型试验与研究 .结果表明 ,补偿导流对双尾鳍船型的尾部伴流场的整流效果十分显著 ,可节省燃油 7.5 % ;同时能够减少由于螺旋桨激振力引起的船体尾部振动 .