基于重叠网格方法的新型组合震荡水翼辅助推进性能研究

基于CFD技术,以NACA0015标准机翼为基础,探索改善震荡水翼推进性能的新形式。在敞水条件下分析前端凸起参数对水翼性能的影响,计算水翼与浮子组合后的推进性能。基于CFD软件建立三维数值波浪水池,采用切割体网格技术预报水翼的水动力性能。数值波浪水池入口为速度进口采用直接造波方法,出口为压力出口采用阻尼消波方法,自由面采用VOF方法处理,采用重叠网格技术预报水翼模型的水动力性能以及运动响应。确定一种性能优良的波浪助推装置,为船舶波浪辅助推进的研究提供参考。

船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响

[目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能。[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和k-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后,与试验值进行比较,验证直翼推进器水动力性能预报方法的准确性,并在考虑船体伴流影响的情况下,研究直翼推进器的非定常水动力性能。[结果]由整桨瞬时载荷和单桨叶瞬时载荷变化规律的分析,显示叶片瞬时载荷存在明显的叶频特征,且随着进速系数的减小,桨叶主推力和转矩的波动幅值增大;船体伴流对直翼推进器主推力和转矩的影响较小,但侧向力变化显著。[结论]研究结果对于分析直翼推进器的桨叶强度以及叶型优化具有借鉴意义。

一种小展弦比环量控制翼性能试验研究

本文所介绍的是将环量控制翼概念应用于船舵以提高船舶的操纵性的探索性试验。试验用原始模型是按NACA0015外形制做的一种小展弦比环量控制翼,试验是在循环水槽中进行的。结果表明,加入喷流后,升力显著增加。为进一步提高这种机翼的性能,我们还进行了在原始模型基础上加隔流端板、加分流板以及改变尾圆柱形状的模型试验,这些改进都在不同方面、不同程度上提高了该机翼的性能。

摆动频率影响扑翼推进水动力的数值仿真研究

通过建立简谐运动耦合的二自由度扑翼运动模型,基于动网格技术对水下扑翼推进水动力特性展开数值仿真研究。通过数值仿真发现:扑翼推进力和最大升力与扑翼摆动频率的平方近似成正比;摆动频率影响前沿涡和尾涡的产生和脱落,从而影响推力。

船用直翼推进器研究

主要介绍了船用直翼推进器的基本原理,分析了桨叶摆动曲线对水动力的影响并提出了改善其推进性能的方法,最后将直翼推进器与螺旋桨推进器的优缺点进行了定性比较。

不同形状摆翼推进器水动力性能的数值预报

[目的]为得到最优几何外形的摆翼,对不同形状三维水翼的水动力性能进行研究。[方法]运用NUMECA软件的Fine/Marine求解器,采用数值方法模拟NACA 0012水翼模型在不同参数(展弦比、根梢比、前掠和后掠)下的水中多自由度耦合运动流场,以得到不同几何参数及工况下的效率、推力系数和尾流场。通过模拟结果与实验结果的对比,以及网格无关性分析,验证数值方法的可靠性。[结果]结果表明,展弦比越大,水翼性能越优;对于展弦比相同而根梢比不同的梯形水翼,增大根梢比对水翼性能会产生消极影响;对于相同根梢比的前掠、后掠及梯形水翼,后掠形式性能优于前掠和梯形形式,后缘形状对水翼性能有显著影响。[结论]研究初步得到了较优摆翼推进器的几何设计参数,对各工况下摆翼推进器的尾涡结构特征有了进一步认识。

内河船舶吃水自动检测装置研究及应用前景

通过技术方案比选,重点针对超声波单波束阵列并行检测技术开展研究,开发的船舶吃水自动检测装置实现了对三峡船闸下行通航船舶吃水的实时快速离船检测,填补了国内外相关领域的空白,项目成果具有较好的推广和应用前景。

特种船舶用低噪声直翼推进器

直翼推进器(VSP),多年来成功地用于要求有高度机动性可靠性操作简便的特种船舶上。典型的例子是所谓直翼桨拖船(Voith-Trecker)—一种现代化的拖船,其推进器和舵在前面,拖曳具在后面以及所谓艏艉同型渡船,在艏艉各装有一个 VSP。在所有这类船上,机动性能总是决定性的因素。这种推进装置另一为人熟悉的特性是低噪声级(水下噪声)。本文简要地介绍了推进器的使用趋势和由Voith 公司提出的解决方案。

基于动力定位应用的直翼桨模拟器开发

直翼桨能够在不改变转速的情况下实现推力大小和方向无极可调,因而被广泛应用于高动力定位控制要求的场合。然而配套的直翼桨装置往往都是引进设备,供货周期长,因此在船舶设计阶段,一般并不具备动力定位控制装置与直翼桨实物联调的条件。直翼桨模拟器的开发可弥补这一缺陷。文章以直翼桨水动力性能研究为基础,通过映射关系实现推力矢量与控制点信息之间的解算,模拟直翼桨的工作性能,从而为接口调试、协同控制算法验证及优化设计提供条件。

翼尖形状对小展弦比摆翼水动力性能的影响

本文设计分析不同翼尖形状结构、展弦比为2的小展弦比摆翼推进器。采用数值方法研究不同翼尖形状对小展弦比摆翼推进器推力、效率和流场结构的影响。为了保证数值模拟方法的可靠性,本文从不同网格拓扑结构和尺寸、求解时间步长、湍流模型及计算收敛性等方面进行验证。验证结果表明,水翼表面网格细分程度和时间步长对水翼表面流动分离模拟结果的影响较大,将进一步影响摆翼推进器的效率。在不同翼尖形状的研究中,首先对比平直端面、倒圆端面和挡板端面三种翼尖形状,从模拟结果来看,端面挡板并没有预期的效率提高,这是因为端板在减轻翼尖损失的同时增大了驱动力;但一个有趣的现象是,增大摆翼运动时的艏摇摆角,峰值推进效率出现先增后降的规律。而后对比不同翼尖收缩形式的性能,结果表明,按椭圆形收缩的翼尖形状最好,效率比其他的高出约3个百分点,达到了76.5%;翼尖收缩越快,效率越低。

直叶桨在科考调查船上的应用

对直叶桨的推进原理进行阐述,并通过对某调查船和某执法船进行船模试验,对直叶桨推进器的性能优势和实船应用进行介绍。结合直叶桨在远洋渔业资源调查船上的实船应用结果,说明直叶桨推进船舶的操纵性优于常规螺旋桨推进船,并能实现优良的船舶减摇功能。直叶桨适用于对操纵性和抗风浪性要求较高的船舶,在远洋科考调查船和海工辅助船等领域有较好的应用前景。

摆线推进器水动力特性三维模拟

摆线推进器在旋转过程中,叶片的迎流角实时变化以产生推力。文章将使用FLUENT软件,研究摆线推进器在不同工作参数下的水动力性能。根据摆线推进器的运动规律,编写相应的用户自定义函数(User Defined Function,UDF)控制叶片做摆线运动。在仿真中使用非结构网格、滑移网格方法来分析推进器叶片在不同转轴比、进速系数、转速以及偏心点时对摆线推进器水动力性能的影响。研究结果表明,在50%左右的转轴比、中高进速、较低转速以及小偏心点时,推进器的水动力参数波动较小,有助于维持推力以及叶片稳定性。

一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究

推力分配是动力定位控制算法中的重要组成部分,在满足执行机构的物理约束和任务使用约束的同时将高层控制器的指令转化为底层执行机构的控制输入,实现期望控制指令的最优化实施。文章采用改进的推力分配算法对配备直翼推进器的船舶进行约束条件下的推力分配优化研究,并以某型工程船为背景进行仿真验证,结果表明相比逻辑算法该优化算法效果更佳。

直翼推进器水动力性能数值模拟

在对直翼推进器的工作原理进行分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用基于计算流体动力学的数值模拟方法进行建模和仿真,并通过将数值仿真结果与试验数据相比较验证仿真方法的准确性。在此基础上,对直翼推进器的流场特性、敞水性能和桨叶及整桨载荷等水动力特性进行分析,为直翼推进器水动力性能预报和桨叶及推进器设计提供技术支撑。